Hiç kimse akslar görmedi. Ancak bilim adamları, varlıklarını, karanlık maddenin doğası, kozmosun kütlesini oluşturan gizemli madde de dahil olmak üzere parçacık fiziğindeki en büyük sorulardan bazılarını açıklamanın bir yolu olarak teorize ettiler. Aksların varlığını doğrulamak, evrenin kendisinin tarihi ve kompozisyonu hakkında fikirlere yol açabilir.
Şimdi, çığır açan bir deneyde, Bilim ve King's College London liderliğindeki bir bilim adamı ekibi, aslında karanlık maddeyi telafi ettiği varsayılan aksları avlamak için Quasiparticles'ı kullanmak için önemli bir adım attı. Son zamanlarda doğada yayınlanan bulgular, karanlık maddeleri aramak ve yeni kuantum teknolojileri geliştirmek için Quasiparticülleri kullanmak için yeni alemler açıyor.
Kimya Yardımcı Doçenti Suyang Xu, “Aksion quasipartikülleri, gerçek parçacıkların bir dedektörü olarak daha da kullanılabilen aks parçacıklarının simülasyonlarıdır” dedi. “Karanlık bir madde akışı malzememize çarparsa, Quasiparticle'i heyecanlandırır ve bu reaksiyonu tespit ederek karanlık madde aksinin varlığını doğrulayabiliriz.”
İlk öneren Nobel ödüllü fizikçi Frank Wilczek, bu bulguları bu parçacıkların incelenmesinde büyük bir atılım olarak kredilendiriyor.
Wilczek, “Jüri, fiziğin temel denklemlerini güzelleştiren ve kozmolojik karanlık maddeyi sağlayan temel parçacıklar olarak aksların varlığını sürdürüyor” dedi. “Ama şimdi, bu ustaca yeni deneyler sayesinde, doğanın altta yatan fikirleri kullandığından eminiz. Akslar artık deliklere, fononlara, plazmonlara ve bir avuç diğer 'Quasipartiküller', yeni bilimsel ve teknolojik yaratımlar için mevcut olan maddenin bileşenleri olarak ortaya çıkıyor.”
Deneysel çalışma, XU laboratuvarında Bilim Griffin Sanat ve Bilimler Okulu öğrencisi Jian-Xiang Qiu tarafından yönetildi. Çalışmaya yardımcı olan araştırmacılar arasında Yu-Fei Liu, Anyuan Gao, Christian Tzschaschel, Houchen Li, Damien Berube, Thao Dinh, Tianye Huang ve King's College, UC Berkeley, Northeastern Üniversitesi ve diğer bazı kurumlardan uluslararası bir araştırmacı ekibi bulunmaktadır.
Araştırmacılar, eşsiz elektronik ve manyetik özellikleri ile tanınan bir malzeme olan manganez bismut telluride kullandı. Bu malzemeyi 2D kristal bir yapıya hazırlayarak, akslı quasiparticülleri beslemek için ideal bir platform oluşturdular. Bu süreç, malzemenin kuantum özelliklerini arttırmak için titizlikle katmanlı olduğu hassas nano-fabrikasyon mühendisliğini içeriyordu.
İlk yazar Qiu, “Laboratuarımız neredeyse beş ila altı yıldır bu tür ilginç bir materyal üzerinde çalışıyor ve hem çok zengin bir malzeme platformu hem de birlikte çalışmak çok zor” dedi. “Havaya duyarlı olduğu için, mülkünü düzgün ayarlayabilmek için birkaç atomik katmana pul pul dökmemiz gerekiyordu.”
Yüksek kontrollü bir ortamda çalışan ekip, aks bispartiküllerini manganez bismut telluride'deki dinamik doğalarını ortaya çıkarmaya yönlendirdi. Bu hassas başarıyı gerçekleştirmek için ekip, ultra hızlı lazer optikleri de dahil olmak üzere bir dizi sofistike teknik kullandı. Yenilikçi ölçüm araçları, AXION Quasiparticüllerin hareketlerini hassasiyetle yakalamalarına izin verdi ve soyut bir teoriyi açıkça görünür bir fenomene dönüştürdü.
Axion Quasiparticüllerin tutarlı davranışı ve karmaşık dinamiklerini göstererek, araştırmacılar sadece yoğunlaştırılmış fizik alanında uzun süredir devam eden teorik fikirleri teyit etmekle kalmadı, aynı zamanda gelecekteki teknolojik gelişmeler için zemin hazırladılar. Örneğin, Axion Polariton, yeni optik uygulamalara yol açabilecek yeni bir ışık maddesi etkileşimi biçimidir.
Parçacık fiziği ve kozmolojisi alanında, Axion Quasiparticle'nin bu yeni gözlemi, araştırmacıların henüz en doğru karanlık maden dedektörü haline gelebilecek bir “kozmik araba radyosu” olarak tanımladığı karanlık bir dedektör olarak kullanılabilir.
Karanlık madde, evrenin kütlesinin yaklaşık yüzde 85'ini tespit etmeden oluşturan fizikteki en derin gizemlerden biri olmaya devam ediyor. Ekip, Axion parçacıkları tarafından yayılan belirli radyo frekanslarına ayarlanarak, önceki teknolojiyi atlatan karanlık maddenin sinyallerini yakalamayı amaçlamaktadır. Araştırmacılar, 15 yıl içinde Dark Matter'ı keşfetmeye yardımcı olabileceğine inanıyorlar.
King's College London'da öğretim görevlisi olan üst düzey yazar David Marsh, “Bu, karanlık bir araştırmacı olmak için gerçekten heyecan verici bir zaman. Bulunulmadan bir yıl önce Higgs-Boson hakkında olduğu gibi şu anda akslar hakkında çok fazla makale yayınlanıyor” dedi. “Deneyler, eksenlerin 1983'te bir frekans yaydığını önerdi ve şimdi bunu ayarlayabileceğimizi biliyoruz – Axion'a ve hızlı bir şekilde yaklaşıyoruz.”
Xu, ekibin çok yönlü yaklaşımının öncü başarılarını sağladığından emin.
Xu, “Çalışmamız, yoğunlaştırılmış fiziği, malzeme kimyasını ve yüksek enerjili fiziği içeren oldukça disiplinlerarası bir yaklaşımla mümkün kılınıyor” dedi. “Parçacık fiziği ve kozmoloji alanında kuantum malzemelerinin potansiyelini sergiledi.”
İleride, araştırmacılar daha fazla hassasiyet için deney koşullarını rafine ederken Axion Quasiparticles'ın özelliklerini araştırmalarını derinleştirmeyi planlıyorlar.
Üst düzey ortak yazar Jan Schütte Engel, “Geleceğin amacı, akslarla ilgilenen tüm partikül fizik topluluğu için kesinlikle çok faydalı olacak olan Axion Dark Matter'ı inceleyen bir deney yapmaktır” dedi.
Bu araştırma kısmen ABD Enerji Bakanlığı, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırmalar Ofisi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.
Şimdi, çığır açan bir deneyde, Bilim ve King's College London liderliğindeki bir bilim adamı ekibi, aslında karanlık maddeyi telafi ettiği varsayılan aksları avlamak için Quasiparticles'ı kullanmak için önemli bir adım attı. Son zamanlarda doğada yayınlanan bulgular, karanlık maddeleri aramak ve yeni kuantum teknolojileri geliştirmek için Quasiparticülleri kullanmak için yeni alemler açıyor.
Kimya Yardımcı Doçenti Suyang Xu, “Aksion quasipartikülleri, gerçek parçacıkların bir dedektörü olarak daha da kullanılabilen aks parçacıklarının simülasyonlarıdır” dedi. “Karanlık bir madde akışı malzememize çarparsa, Quasiparticle'i heyecanlandırır ve bu reaksiyonu tespit ederek karanlık madde aksinin varlığını doğrulayabiliriz.”
İlk öneren Nobel ödüllü fizikçi Frank Wilczek, bu bulguları bu parçacıkların incelenmesinde büyük bir atılım olarak kredilendiriyor.
Wilczek, “Jüri, fiziğin temel denklemlerini güzelleştiren ve kozmolojik karanlık maddeyi sağlayan temel parçacıklar olarak aksların varlığını sürdürüyor” dedi. “Ama şimdi, bu ustaca yeni deneyler sayesinde, doğanın altta yatan fikirleri kullandığından eminiz. Akslar artık deliklere, fononlara, plazmonlara ve bir avuç diğer 'Quasipartiküller', yeni bilimsel ve teknolojik yaratımlar için mevcut olan maddenin bileşenleri olarak ortaya çıkıyor.”
Deneysel çalışma, XU laboratuvarında Bilim Griffin Sanat ve Bilimler Okulu öğrencisi Jian-Xiang Qiu tarafından yönetildi. Çalışmaya yardımcı olan araştırmacılar arasında Yu-Fei Liu, Anyuan Gao, Christian Tzschaschel, Houchen Li, Damien Berube, Thao Dinh, Tianye Huang ve King's College, UC Berkeley, Northeastern Üniversitesi ve diğer bazı kurumlardan uluslararası bir araştırmacı ekibi bulunmaktadır.
Araştırmacılar, eşsiz elektronik ve manyetik özellikleri ile tanınan bir malzeme olan manganez bismut telluride kullandı. Bu malzemeyi 2D kristal bir yapıya hazırlayarak, akslı quasiparticülleri beslemek için ideal bir platform oluşturdular. Bu süreç, malzemenin kuantum özelliklerini arttırmak için titizlikle katmanlı olduğu hassas nano-fabrikasyon mühendisliğini içeriyordu.
İlk yazar Qiu, “Laboratuarımız neredeyse beş ila altı yıldır bu tür ilginç bir materyal üzerinde çalışıyor ve hem çok zengin bir malzeme platformu hem de birlikte çalışmak çok zor” dedi. “Havaya duyarlı olduğu için, mülkünü düzgün ayarlayabilmek için birkaç atomik katmana pul pul dökmemiz gerekiyordu.”
Yüksek kontrollü bir ortamda çalışan ekip, aks bispartiküllerini manganez bismut telluride'deki dinamik doğalarını ortaya çıkarmaya yönlendirdi. Bu hassas başarıyı gerçekleştirmek için ekip, ultra hızlı lazer optikleri de dahil olmak üzere bir dizi sofistike teknik kullandı. Yenilikçi ölçüm araçları, AXION Quasiparticüllerin hareketlerini hassasiyetle yakalamalarına izin verdi ve soyut bir teoriyi açıkça görünür bir fenomene dönüştürdü.
Axion Quasiparticüllerin tutarlı davranışı ve karmaşık dinamiklerini göstererek, araştırmacılar sadece yoğunlaştırılmış fizik alanında uzun süredir devam eden teorik fikirleri teyit etmekle kalmadı, aynı zamanda gelecekteki teknolojik gelişmeler için zemin hazırladılar. Örneğin, Axion Polariton, yeni optik uygulamalara yol açabilecek yeni bir ışık maddesi etkileşimi biçimidir.
Parçacık fiziği ve kozmolojisi alanında, Axion Quasiparticle'nin bu yeni gözlemi, araştırmacıların henüz en doğru karanlık maden dedektörü haline gelebilecek bir “kozmik araba radyosu” olarak tanımladığı karanlık bir dedektör olarak kullanılabilir.
Karanlık madde, evrenin kütlesinin yaklaşık yüzde 85'ini tespit etmeden oluşturan fizikteki en derin gizemlerden biri olmaya devam ediyor. Ekip, Axion parçacıkları tarafından yayılan belirli radyo frekanslarına ayarlanarak, önceki teknolojiyi atlatan karanlık maddenin sinyallerini yakalamayı amaçlamaktadır. Araştırmacılar, 15 yıl içinde Dark Matter'ı keşfetmeye yardımcı olabileceğine inanıyorlar.
King's College London'da öğretim görevlisi olan üst düzey yazar David Marsh, “Bu, karanlık bir araştırmacı olmak için gerçekten heyecan verici bir zaman. Bulunulmadan bir yıl önce Higgs-Boson hakkında olduğu gibi şu anda akslar hakkında çok fazla makale yayınlanıyor” dedi. “Deneyler, eksenlerin 1983'te bir frekans yaydığını önerdi ve şimdi bunu ayarlayabileceğimizi biliyoruz – Axion'a ve hızlı bir şekilde yaklaşıyoruz.”
Xu, ekibin çok yönlü yaklaşımının öncü başarılarını sağladığından emin.
Xu, “Çalışmamız, yoğunlaştırılmış fiziği, malzeme kimyasını ve yüksek enerjili fiziği içeren oldukça disiplinlerarası bir yaklaşımla mümkün kılınıyor” dedi. “Parçacık fiziği ve kozmoloji alanında kuantum malzemelerinin potansiyelini sergiledi.”
İleride, araştırmacılar daha fazla hassasiyet için deney koşullarını rafine ederken Axion Quasiparticles'ın özelliklerini araştırmalarını derinleştirmeyi planlıyorlar.
Üst düzey ortak yazar Jan Schütte Engel, “Geleceğin amacı, akslarla ilgilenen tüm partikül fizik topluluğu için kesinlikle çok faydalı olacak olan Axion Dark Matter'ı inceleyen bir deney yapmaktır” dedi.
Bu araştırma kısmen ABD Enerji Bakanlığı, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırmalar Ofisi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.