新しい大規模な物理学プロジェクトがついに暗黒物質を発見するかもしれない

masapoco
投稿日 2022年12月19日 5:17
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科学は制約によって前進するものでもある。ある物理現象の限界を理解することは、その物理現象が存在しない場合に、それを探すためのより良い方法を開発するのに役立つ。暗黒物質は欠落した現象の典型だが、それを説明する可能性のあるものはたくさんある。そのうちのひとつがアクシオンと呼ばれるもので、もともとは素粒子物理学の標準模型の穴をふさぐ仮説の粒子として開発されたが、ダークエネルギーの問題を解決する可能性もあるのだ。実際に存在すればの話だが。現在、CERNの研究者たちによる新しい実験が、科学界がそのアクシオンを探す場所をより明確にするのに役立っている。

アクシオンを探す際の問題のひとつは、その性質が非常に多様であることだ。他の粒子との相互作用の強さと質量は、標準模型における粒子の最も基本的な部分の2つであるが、現時点ではまだ議論の余地がある。そして、これだけの可能性を網羅するためには、物理学者はあらゆる場所を探し回らなければならない。

しかし、その方法のひとつであるアクシオンは、十分に強い磁場をかけると光子に変化するという点では、概ね意見が一致している。そして、光子は検出することができる。そのため、ほとんどのアクシオン検出器は強力な磁石と光検出器で構成されており、最も高性能なものの1つがCERNのアクシオン太陽望遠鏡(CAST)実験である。

CASTは基本的に、巨大な金属管の中にヘリオスコープと呼ばれる非常に強力な磁石と、さまざまな種類の光検出器を内蔵している。CASTは当初、私たちの太陽からやってくる可能性のあるアクシオンを調べるために設計された。しかし、この実験に携わっている科学者たちは、より多くのデータを見ることができるように、ちょっとした改良を加えることにした。

その結果、天の川銀河を取り囲む暗黒物質ハローで発生したアクシオンを検出することができるようになったのだ。これもアクシオンの発生源となり得るものだが、他の実験ではまだ調べられていなかったものだ。次の実験は、アキシオン・ハロスコープ(CAST-CAPP)と名付けられ、2019年9月にデータ収集を開始した。

CAST-CAPPが提供する磁場強度では、どのような周波数の光子アクシオンに変化するかが不明であるため、科学チームは可能性のある周波数を幅広くモニターする必要があり、丸2年近くを費やした。また、5GHz帯の無線信号など、ノイズが混入する可能性も排除しなければならなかった。

残念ながら、それでもアクシオンの兆候は見られなかった。しかし、記事の冒頭で述べたように、何かの証拠がないことでも、科学を前進させるのに役立つことがある。研究者たちは、アクシオンと光子との相互作用の最大潜在的強度を決定的に絞り込み、それに応じて実験を調整することができるようになったのだ。CASTは、さまざまな形で、まだその使命を終えてはいない。

この記事は、ANDY TOMASWICK氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。



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