Araştırmacılar, evrenin en büyük sırlarından biri olan kuantum yerçekimini araştırmak için derin okyanusa dalıyorlar.
Araştırmacılar, çok büyük ve çok küçük fiziğini bir araya getirmenin anahtarı olabilecek devasa bir sualtı nötrino gözlemevi olan KM3NeT ile hayalet benzeri parçacıkları gözlemliyorlar. Uzayda yol alırken nötrinoların nasıl osilasyon yaptığını ya da yapmadığını inceleyerek, kuantum yerçekiminin potansiyel bir sonucu olan dekoheransın küçük işaretlerini arıyorlar.
Büyük Bir Fizik Bulmacası ve Küçük Bir Parçacık
Fizikte eksik olan bileşen kuantum yerçekimidir, bu teori en küçük parçacıkların davranışını kontrol eden kuantum mekaniği ile evreni büyük boyutlarda tanımlayan genel göreliliği bir araya getirebilir. Nadiren maddeyle etkileşime girdiği için esasen görünmez olan, küçük, elektriksel olarak nötr bir parçacık olan nötrino, bu uzun süredir devam eden gizemin cevabı olabilir. Hiçbir iz bırakmadan, trilyonlarcası her saniye vücudunuzdan geçer.
Nötrinolar, çok nadir etkileşimde bulundukları için tespit edilmesi son derece zordur. Ancak, zaman zaman bir nötrino, okyanusun derinliklerinde bir su molekülü gibi bir nesneye çarpar. Gerçekleştiğinde, KM3NeT gibi hassas dedektörlerin tespit edebileceği soluk mavi bir ışık olan Çerenkov radyasyonu üretebilir.
KM3NeT: Derin Deniz Hayalet Parçacık Teleskobu
Bu nadir nötrino etkileşimlerini derin okyanusta kaydetmek için, KM3NeT (Kilometre Küp Nötrino Teleskobu) devasa bir su altı gözlemevidir. İki ana dedektöründen biri olan ORCA (Abyss’te Kozmiklerle Olasılık Araştırması), bu araştırmada kullanıldı. ORCA, yaklaşık 2.450 metre derinlikte bulunmaktadır.
Ancak, nötrinoları tanımlamak sadece başlangıçtır. Kuantum yerçekimini araştırmak için bilim insanları, bu parçacıkların “dekoherans” olarak bilinen bir fenomen tarafından etkilenip etkilenmediğine dair ipuçları ararlar; bu da mevcut bilgimizin ötesindeki fiziğe dair içgörüler sağlayabilir.
Nötrinoların Değişimlerinden Ne Öğrenebiliriz?
Nötrinolar, uzayda hareket ederken “salınım” yapma veya kimlik değiştirme yeteneğine sahiptir; bilim insanları bu değişikliklere “lezzet salınımları” derler. Bu osilasyonların temel özelliklerinden biri koherensdir: bir nötrino, sabit bir kütleye sahip olmak yerine üç farklı kütle durumunun kuantum süperpozisyonudur. Bu süperpozisyon, düzenli ve öngörülebilir osilasyonları mümkün kılan koherens nedeniyle iyi tanımlanmıştır. Bununla birlikte, bu osilasyonlar kuantum yerçekimi etkileri tarafından zayıflatılabilir veya hatta bastırılabilir; buna “dekoherans” denir.
Nötrino izole bir sistem olmadığından, bu fenomen bir şekilde bir dizi kuantum yerçekimi teorisi tarafından öngörülmektedir. Çalışmanın baş yazarı Nadja Lessing’e göre, “çevreyle etkileşime girebilir.”
“Deneysel bir perspektiften bakıldığında, bunun işareti nötrino osilasyonlarının baskılanması olacaktır.” Bu, nötrinin bize, daha spesifik olarak Akdeniz’in dibindeki KM3NeT sensörlerine doğru yol alırken çevreyle etkileşime girebileceği ve osilasyonlarını değiştirebileceği veya bastırabileceği içindir.
Ancak, Lessing ve meslektaşlarının çalışmalarında KM3NeT/ORCA su altı dedektörü tarafından incelenen nötrinolar, herhangi bir dekoherans belirtisi göstermedi ki bu da faydalı bir bulgudur.
Sınırları Zorlamak ve Geleceği Düşünmek
Nadja Lessing, “Bu, kuantum yerçekimi nötrino salınımlarını değiştiriyorsa, bunu mevcut hassasiyet sınırlarının altında bir yoğunlukla yaptığı anlamına geliyor,” diyor. Çalışma tarafından belirlenen bu etkinin üst sınırları, artık atmosferik nötrino testleriyle daha önce belirlenenlerden daha katıdır. Ayrıca, gelecekteki araştırma alanları için önerilerde bulunuyor.
Lessing, nötrino dekoheransının keşfedilmesinin önemli olacağını savunuyor. Kuantum yerçekiminin doğrudan gözlemi hiç yapılmadığı için, nötrino deneyleri giderek daha popüler hale geliyor. Bu konuya olan ilgi artıyor. Muhtemelen decoherence’i başka bir şeyle açıklayamazdınız, bu yüzden kuantum yerçekimi araştırmacıları buna bu kadar ilgi gösteriyor.
Kaynak: scitechdaily.com/ghost-particles-in-the-deep-are-unlocking-secrets-of-quantum-gravity/
Haberi Derleyen: Yusuf Havvat Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü