昨年、物理学者は、実験的な暗黒物質検出器が新しい物理学を示す可能性のある奇妙な信号を拾い上げたと報告し、いくつかの「容疑者」が特定されました。ケンブリッジの科学者たちは、当時は考慮されていなかった答えを提供しました。実験では、宇宙の膨張を加速する不思議な力であるダークエネルギーが初めて発見された可能性があります。
暗黒物質は通常の物質より5倍多いと考えられていますが、暗黒物質はとらえどころのないままです。それは光と相互作用せず、主に星、銀河、銀河団などの宇宙スケールへの重力の影響を通じて現れるように見えます。
しかし、時々、暗黒物質の粒子は、適切な機器で検出できる方法で、通常の物質の粒子に衝突する可能性があります。
XENON1Tは、この機器のバージョンの1つでした。 2016年から2018年の間にイタリアで実施された実験は、本質的に地下深くに貯蔵された液体キセノンで満たされた大きなタンクでした。暗黒物質の粒子が貯水池を一掃すると、キセノン原子が励起されて、一連のセンサーが検出できる光と自由電子のバーストが生成されるという考えでした。
しかし、これは見た目ほど簡単ではありません。他の既知の粒子も同じ効果をもたらす可能性があります。実験を地下に置くことは、このバックグラウンドノイズを減らすのに役立ちますが、すべてではありません。そのため、科学者はイベントの予想されるバックグラウンドレベルを計算し、実際の検出がより高いかどうかを確認します。
確かにそうだった。昨年、科学者たちは、予想される232の背景を超えて、「イベント数の驚くべき増加」（正確には53）を報告しました。何か奇妙なことが起こっているように見えましたが、それは暗黒物質でしたか？
当時の最有力候補は、太陽アクシオンと呼ばれる架空の素粒子でした。名前が示すように、それらは太陽によって生成される可能性があり、それら自体は暗黒物質の候補とは見なされませんが、他の種類のアクシオンはそうです。したがって、それらのいずれかの証拠を見つけることは重要なステップです。
しかし、さらに調査した後、ケンブリッジチームは、観測された信号を受信するには太陽のアクシオンが多すぎると主張しています。
代わりに、彼らは別の犯人、つまりダークエネルギーの力を運ぶ粒子を示唆しています。これは宇宙の膨張を加速させているように見える斥力の名前であり、そのモデルの1つにはいわゆるカメレオン粒子が含まれています。
基本的に、これらの粒子は、周囲の物質の量に応じて、異なる質量と効果を持つと予測されます。したがって、地球のような高密度の領域では、それらの質量は大きいですが、それらの力はごくわずかな距離でしか作用しません。
しかし、ほとんど問題がない星間空間では、カメレオンの質量は少なくなりますが、その影響はさらに大きくなります。このような切り替えは、ダークエネルギーが局所的には何の影響も及ぼさないように見えるが、銀河系のスケールでは強く影響するという奇妙な観測を説明することができます。
この仮説は、あまりにも便利に聞こえるかもしれませんが、まさにこれに当てはまります。つまり、賛成または反対の証拠を見つけるためにテストできるアイデアです。そして、ケンブリッジ物理学チームによると、カメレオンがXENON1Tのイベントを超える暗黒エネルギーを運ぶという証拠を発見したかもしれません。
研究者たちは、タコクラインと呼ばれる高磁性領域で太陽によって生成されたカメレオン粒子がXENON1T検出器を通過した場合に何が起こるかをモデル化しました。確かに、信号は観測されたものと非常に似ていました。
「この過剰が、原則として暗黒物質ではなく暗黒エネルギーによって引き起こされる可能性があることは本当に驚きでした」と、研究の最初の著者であるサニー・ヴァグノッツィは言います。 「物事がこのようになるとき、それは本当に特別なものです。」
もちろん、ケースは閉じられたわけではありません。追加のイベントはまだ適切に確認されていませんが、実験の拡張バージョンは結果を明らかにする可能性があります。
「まず第一に、これは単なる事故ではないことを知る必要があります」と、研究の共著者であるLucaVizinelliは述べています。 「XENON1Tが実際に何かを見た場合、将来の実験で同様の過剰が再び見られると予想されますが、今回ははるかに強い信号があります。」
この研究は、ジャーナルフィジカルレビューDに掲載されました。
2021-09-21 04:13:23
著者: Vitalii Babkin