画像クレジット：Fermilab
ミネソタ州北部の地下観測所からの最初のデータにより、極低温暗黒物質探索の科学者たちは、WIMPSの疑わしい領域をこれまでになく高い感度で調べてきました。弱く相互作用する大粒子の発見は、宇宙スケールでの暗黒物質と亜原子スケールでの超対称性の二重の謎を解くことができます。
フィジカルレビューレターに提出された論文に記載されているCDMS IIの結果は、質量60 GeVのWIMPの相互作用率が4 x 10-43 cm2未満、つまり25日ごとに1キログラムあたり1回の相互作用であることを90％の確実性で示しています。ゲルマニウム、実験の検出器の材料。この結果は、WIMPSが存在する場合、これまでにWIMPSについてこれまでに知られている以上に研究者に伝えます。 CDMS II検出器からの測定は、フランス、グルノーブル近郊のヨーロッパの地下実験であるEDELWEISS実験によって提供された以前の最高の測定よりも少なくとも4倍感度が高くなります。
スタンフォード大学のCDMS II共同報道官であるブラスカブレラは、次のように語っています。 「これまでに見たものの4分の1の明るさの信号を探すことができます。今後数年間で、感度を20倍以上向上させることが期待されています。」
結果は、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のハリーネルソンと大学院生のジョエルサンダース、およびケースウエスタンのゲンシェンワンとシャルミラカマットによって、デンバーで5月3日と4日に開催されるアメリカ物理学会の4月の会議で発表されます。リザーブ大学。
カリフォルニア大学バークレー校のCDMS IIスポークスパーソンBernard Sadouletは、次のように述べています。 「この特定の欠けている部分は両方のパズルに合うようです。私たちは2つの異なる方向から同じ形を見ています。」
無料のWIMPは矛盾した研究です。物理学者はそれらが陽子の約100倍の質量を持っていることを期待しているが、彼らの幽霊のような性質により、彼らは普通の物質をすり抜けて、ほとんど痕跡を残さない。 「弱い相互作用」という用語は、それらが通常の物質と相互作用するときに蓄積されるエネルギーの量を指すのではなく、非常にまれにしか相互作用しないという事実を指します。実際、これらの最初の数文を読むと、1,000億ものWIMPがあなたの体を流れてきたかもしれません。
CDMS IIは、13の機関から48名の科学者と、さらに28名の工学、技術、管理スタッフを擁し、米国エネルギー省科学局、全米科学財団の天文学および物理学部門、およびメンバー機関からの資金で運営されています。 DOEのフェルミ国立加速器研究所は、CDMS IIのプロジェクト管理を提供します。
「ダークマターの性質は、宇宙の形成と進化を理解するための基本です」とDOEの科学局長であるレイモンドL.オーバック博士は述べています。 「この実験は、DOEの科学局と全米科学財団の積極的な協力なしには成功しなかったでしょう。」
NSFの数学と物理科学のアシスタントディレクターであるマイケルターナーは、暗黒物質の構成要素を天体物理学と素粒子物理学の両方における大きな課題の1つとして特定することについて説明しました。
「ダークマターは宇宙のすべての構造（私たちの天の川を含む）を結びつけており、ダークマターが何でできているのかはまだわかりません」とターナー氏は語った。 「作業仮説は、それが物質の新しい形であるということです。これが正しければ、基本的な力と粒子の内部作用に光を当てます。この重要なパズルの解決策を追求する上で、CDMSは今やパックの先頭に立っており、感度の別の20の要素はまだ来ていません。」
宇宙の暗黒物質は、初期宇宙での構造の成長から今日の銀河の安定性まで、すべての宇宙スケールでの重力の影響を通じて検出されます。多くの情報源からの宇宙論的データは、この目に見えない暗黒物質が、宇宙の星、惑星、その他の物体を形成する通常の可視物質の総量の7倍以上であることを確認しています。
「何かが銀河を形成し、それらを今日一緒に保持します、そしてそれは光を放射も吸収もしません」とカブレラは言いました。 「銀河の星の質量は銀河全体の質量の10パーセントにすぎないため、星は大きな暗い家のリビングルームを飾るクリスマスツリーのライトのようなものです。」
物理学者たちはまた、WIMPはニュートラリーノと呼ばれるまだ観測されていない亜原子粒子である可能性があると考えています。これらは超対称性の理論の証拠であり、基本的な粒子と力の今日の標準モデルを超えた興味深い新しい物理学を紹介します。
超対称性は、すべての既知の粒子が補足特性を持つ超対称パートナーを持っていると予測していますが、これらのパートナーはまだ観測されていません。ただし、超対称性の多くのモデルでは、ニュートラリーノと呼ばれる最も軽い超対称粒子の質量が陽子の質量の約100倍であると予測しています。
「理論家たちは、既知の粒子のこれらのいわゆる「超対称パートナー」をすべて考案して、最も小さな距離スケールの問題を説明しました」と、ケースウエスタンリザーブ大学のDan Akerib氏は述べています。 「非常に大きなものと非常に小さなものの魅力的なつながりの1つでは、これらのスーパーパートナーの中で最も軽いのは、私たちが非常に大きな距離スケールで観察するものを説明するためのパズルの欠けている部分である可能性があります。」
CDMS IIチームは「地下天文学」を実践しており、粒子検出器はミネソタ州のスーダンにあるかつての鉄鉱山の地表から半マイル近く下に配置されていました。地球の地殻の2,341フィートは、宇宙線とそれらが生成する背景粒子を遮断します。検出器は、同様の特性を持つ半導体結晶であるゲルマニウムとシリコンでできています。検出器は、絶対零度の1/10以内に冷却されているため、分子の動きが無視できるほど低温です。検出器は、結晶内の粒子相互作用によって生成される電荷と振動を同時に測定します。 WIMPSは、同じ量の振動に対して他の粒子よりも少ない電荷を放出することにより、その存在を知らせます。
「私たちの検出器は、天文学者が光の色を別の色と区別できるようにするフィルターを備えた望遠鏡のように機能します」と、フェルミラボのCDMS IIプロジェクトマネージャーのDan Bauer氏は述べています。 「私たちの場合のみ、暗黒物質WIMPSを優先して従来の粒子をフィルターで除去しようとしています。」
ミネソタ大学の物理学者アールピーターソンは、フェルミラボのロングベースラインニュートリノ実験であるメインインジェクターニュートリノオシレーションサーチの本拠地であるスーダン地下研究所を監督しています。
「CDMS IIの重要な新しい結果に興奮しています。このコラボレーションを祝福します」とピーターソン氏は語った。 「Soudan研究所の施設がCDMS IIの成功に貢献したことを嬉しく思います。さらに、フェルミラボとミネソタ大学がスーダンラボを拡張する作業の結果、優れた新しい物理学を生み出したことを特に嬉しく思います。」
CDSMIIが今後数年にわたってWIMPを検索するため、宇宙の暗黒物質が発見されるか、超対称性モデルの広範囲が可能性から除外されます。いずれにせよ、CDMS II実験は、素粒子物理学と宇宙の理解を進める上で大きな役割を果たすでしょう。
CDMS IIの協力機関には、ブラウン大学、ケースウエスタンリザーブ大学、フェルミ国立加速器研究所、ローレンスバークレー国立研究所、国立標準技術研究所、プリンストン大学、サンタクララ大学、スタンフォード大学、カリフォルニア大学バークレー校、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、コロラド大学デンバー校、フロリダ大学、ミネソタ大学。
Fermilabは、Universities Research Association、Inc.の契約に基づいて運営されているDOE科学研究所の国立研究所です。
元のソース：Fermilabニュースリリース
