Dünyadaki en büyük sıvı-argon nötrino dedektörü, ilk derinlik izlerini, yeni Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) öyküsünde yeni bir bölümün başlangıcını işaret ederek, ilk kozmik muon parçacığını kaydetmeyi başardı.
Müon (ya da muon); fermiyon türünden (aynı enerji düzeyinde toplanmaktan hazzetmeyen) ve elektron gibi, lepton denen 1/2 spinli aileden bir temel parçacık. Genellikle elektronun biraz daha ağır bir türü olarak bilinir ve elektron gibi negatif elektrik yükü taşır.
DUNE’nin bilimsel görevi; evrendeki en bol ve en gizemli madde parçacıkları olan nötrinoların gizemlerini açığa çıkarmak. Nötrinolar her yerdeler, ama onlar hakkında çok az şey biliyoruz. DUNE işbirliğindeki bilim insanları; nötrinoların fizikteki en acil sorulardan birini cevaplamaya yardımcı olabileceğini düşünüyor: Neden madde tarafından baskın bir evrende yaşıyoruz? Başka bir deyişle, neden buradayız?…
CERN Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı‘ndaki devasa ProtoDUNE dedektörü (üç katlı bir evin büyüklüğünde, devasa bir küp) çok büyük ve daha da büyüyecek iki prototipin ilk örneği olarak inşa edildi. ABD Enerji Bakanlığı ABD Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı tarafından barındırılan DUNE Projesi için bir dedektör görevi görüyor. İlk DUNE dedektör modülleri 2026’da verileri kaydettiğinde, her biri bu prototiplerden 20 kat daha büyük olacaktır.
CERN, Amerika Birleşik Devletleri’nde bir Parçacık Fiziği Projesi’ne altyapı ve dedektör geliştirmek için ilk kez yatırım yapıyor.
İlk ProtoDUNE dedektörünün inşası iki yıl sürdü ve sekiz haftada 800 ton sıvı argon ile dolduruldu. Bu sıcaklık -184 santigrat derece (-300 derece Fahrenheit) altında tutuldu. Dedektör; hem kozmik ışınlardan hem de CERN’in hızlandırıcı kompleksinde yaratılan ışından, argondaki parçacık izlerini kaydeder. Bilim insanları ilk izlerin görüldüğü bu teknolojiyi derinlemesine test etmek için önümüzdeki birkaç ay boyunca dedektörü çalıştıracaklar.
CERN Neutrino Platformu Başkanı Marzio Nessi: “Sadece iki yıl önce CERN’deki yeni binayı, DUNE’un yapı taşlarını oluşturan iki büyük ölçekli prototip dedektörünü yerleştirmek için tamamladık. Şimdi elimizde veriyi sağlam alan ilk dedektörümüz var. Sıvı argon teknolojisinde farklı bir yaklaşım kullanan ikinci dedektör ise, birkaç ay içinde çevrimiçi olacak.”
İlk ProtoDUNE dedektörünün teknolojisi; Güney Dakota’daki Sanford Yeraltı Araştırma Tesisi’nde bir mil yerin altında inşa edilecek. Bu teknoloji Amerika Birleşik Devletleri’ndeki DUNE dedektör modüllerinin birincisi için kullanılacak. Afrika, Asya, Avrupa, Kuzey Amerika ve Güney Amerika olmak üzere beş kıtadan oluşan ve 32 ülkeden 1000’den fazla bilim insanı ve mühendis; DUNE dedektörlerinin geliştirilmesi, tasarımı ve inşası üzerinde çalışıyor.
Nötrinolar dedektörlere girdiğinde ve argon çekirdeklerine çarptığında; yüklü parçacıklar üretirler. Bu parçacıklar; aksi halde görünmeyen atom altı süreçlerin üç boyutlu resimlerini oluşturabilen sofistike takip sistemleriyle görülebilen, likit iyonlaşma izlerini bırakırlar.
DUNE sadece nötrinoları değil; aynı zamanda antimadde karşılıklarına da çalışacak. Bilim insanları; nötrinolar ve antinötrinolar arasındaki davranış farklılıklarını arayacaklar ve bu da bize görünür kâinatın maddenin neden egemen olduğu konusunda ipuçları verebilir. DUNE; nötron yıldızları ve karadeliklerin oluşumunu ortaya çıkarabilecek bir yıldız patladığında ortaya çıkan nötrinoları da izleyecek ve protonların sonsuza kadar yaşayabileceğini veya eninde sonunda bozulacağını araştıracak. Proton çürümesinin gözlemlenmesi, Einstein’ın Büyük Birleşik Teori’nin ispatlanma hayalini gerçekleştirmeye de yaklaştırır.
Einstein’a ait Büyük Birleşik Teori, parçacık fiziğinde; elektromanyetik, zayıf ve kuvvetli etkileşimleri tek bir güç haline getirebilecek bir model. Tanımlanan bu etkileşim daha büyük ölçüdeki bir simetri ve sonuç olarak daha fazla kuvvet taşıyıcıları ile karakterize edilir. Fakat ortada bir tane birleştirici sabit vardır.
Fermilab Direktörü Nigel Lockyer: “DUNE nötrino araştırmasının geleceğidir. Fermilab, yeni keşifler için bu kadar büyük bir potansiyele sahip, uluslararası bir denemeye ev sahipliği yapmaktan ve hem DUNE Projesi hem de Büyük Hydron Çarpıştırıcısı üzerinde CERN ile ortaklığımız uzun süre devam edecektir.” dedi.
