(ダーク)マターは何ができるのか?

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鉱山の坑道を下るよりも、暗黒物質を探すのに良い場所はどこですか?フロリダ大学の研究チームは、絶対零度の何分の1まで冷却されたゲルマニウムとシリコン検出器を使用して、とらえどころのないものの兆候を監視するために9年を費やしました。そしてその結果は?たぶんいくつかの可能性と、見つめ続けるためのザラザラした決意。

ダークマターのケースは、太陽の周りの軌道に留まるために、水星が毎秒48キロメートルで移動しなければならない一方で、遠方の海王星がゆっくりと毎秒5キロメートルで移動できる太陽系を考えると理解できます。驚いたことに、この原理は天の川や他の銀河には当てはまりません。大まかに言えば、銀河の中心に近いものと同じくらい速く動いている渦巻銀河の外側の部分にあるものを見つけることができます。これは不可解です。特に、システムの重力が外部部品の急速に周回しているものを保持するのに十分ではないようであり、それが宇宙に飛び立つはずです。

したがって、銀河がどのように回転して一緒に留まるかを説明するには、より多くの重力が必要です。つまり、観測できるよりも多くの質量が必要になるということです。そのため、ダークマターを呼び出します。暗黒物質の呼び出しは、銀河団が一緒にとどまる理由を説明するのにも役立ち、弾丸クラスター(上記の写真)に見られるような大規模な重力レンズ効果を説明します。

コンピュータモデリングによると、銀河には暗黒物質のハローが存在する可能性がありますが、それらには構造全体に分布する暗黒物質もあります。これらを合わせると、このすべての暗黒物質は銀河の総質量の最大90%を占めます。

現在の考え方では、暗黒物質の小さな成分はバリオンであり、陽子と中性子で構成されたもの、つまり冷たいガスの形で、ブラックホール、中性子星、褐色矮星、孤立した惑星などの高密度の非放射物体である(伝統的に大規模な天体物理ハローオブジェクトまたはMACHOとして知られています)。

しかし、暗黒物質の状況効果を説明するのに十分なほどの暗いバリオン物質が存在するようには見えません。したがって、ほとんどの暗黒物質は弱く相互作用する巨大粒子(またはWIMP)の形で、非バリオンでなければならないという結論。

推論によると、WIMPSはすべての波長で透過的で反射性がなく、おそらく電荷を帯びていません。星の核融合反応から豊富に生成されるニュートリノは、十分な質量がない場合を除いて、法案にうまく適合します。現在最も好まれているWIMP候補は、超対称性理論によって予測された仮想粒子であるニュートラリーノです。

2番目の極低温暗黒物質探索実験(またはCDMS II)は、ミネソタ州のスーダン鉄鉱山の地下深くで行われ、そこに位置するため、地下深くまで侵入できる粒子のみを傍受します。 CDMS II固体結晶検出器は、電子相互作用と核相互作用を区別するために使用できるイオン化とフォノンイベントを求めます。暗黒物質WIMP粒子は電子を無視するが、原子核と相互作用する(つまり、跳ね返る)可能性があると想定されています。

フロリダ大学のチームが2つの可能性のあるイベントを報告しましたが、その結果は統計的に有意であるとは考えられませんが、少なくとも今後の調査にある程度の範囲と方向性を与える可能性があります。

直接検出するのがいかに難しいか(つまり、どれほど「暗い」か)を示すことによって、WIMPは実際にどれほど難しいかを示します。CDMSIIの調査結果は、検出器の感度を上げる必要があることを示しています。

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