宇宙のすべての問題の約80％は、現在の物理学ではまったく知られていない形式です。私たちはそれをダークマターと呼んでいます。世界中の実験は、それを理解することを期待して漂遊暗黒物質粒子を捕獲しようとしていますが、今のところそれらは空になっています。
最近、理論家のチームが、マグノンと呼ばれる奇妙な「粒子」を使って暗黒物質を探す新しい方法を提案しました。これらの小さな波紋は、つかの間の軽量の暗黒物質の粒子でさえも隠してしまう可能性があると、それらの理論家は言う。
ダークマターパズル
ダークマターについては、注目すべき例外を除いて、あらゆることを知っています。
直接検出することはできませんが、より広い宇宙に望遠鏡を開けるとすぐに暗黒物質の証拠が見えます。 1930年代にさかのぼる最初の啓示は、宇宙で最大の構造の一部である銀河団の観測によってもたらされました。そこに生息していた銀河は、動きが速すぎてクラスターとしてまとめることができませんでした。それは銀河の集合質量がクラスターをまとめる重力の接着剤を与えるためです-質量が大きいほど、接着剤は強くなります。超強力な接着剤は、最も速く移動する銀河でさえ一緒に保持できます。より速くなると、クラスターは単純に引き裂かれます。
しかし、そこにはクラスターが存在しており、銀河がクラスターの質量を与えるよりもはるかに速く銀河内をうろついていました。何かがクラスターをまとめるのに十分な引力を持っていましたが、その何かは光を放出したり相互作用したりしていませんでした。
この謎は何十年にもわたって未解決のままであり、1970年代に天文学者のベラルービンは銀河内の星の観測を通じて大いにアンティを引き上げました。繰り返しになりますが、物事は動きが速すぎました。観測された質量を考えると、私たちの宇宙の銀河は何十億年も前に自転しているはずです。何かがそれらをまとめていました。見えない何か。
物語は時間と空間の両方で、宇宙全体に繰り返されます。ビッグバンからの最も初期の光から宇宙で最大の構造物まで、ファンキーなものがそこにあります。
暗闇の中で検索
したがって、暗黒物質は非常に多く存在します。データの津波を説明するために、その存在を裏付ける他の実行可能な仮説を見つけることはできません。しかし、それは何ですか？私たちの推測では、暗黒物質は、これまで物理学では知られていない、ある種の新しいエキゾチックな粒子です。この写真では、暗黒物質がすべての銀河を覆っています。実際、星やガスや塵の雲を通して見られる銀河の目に見える部分は、はるかに大きくて暗い海岸に設置された小さな灯台にすぎません。各銀河は、何億もの暗黒物質の粒子に何十億もの星からなる大きな「ハロー」内にあります。
これらの暗黒物質の粒子はあなたの部屋を今流れています。彼らはあなたを通してストリーミングしています。終わりのないレインシャワー、小さな、見えない暗黒物質の粒子。しかし、あなたはそれらに気づかないだけです。それらは光や荷電粒子と相互作用しません。あなたは荷電粒子でできており、光にとても優しいです。あなたは暗黒物質には見えず、暗黒物質はあなたには見えない。暗黒物質を「見る」唯一の方法は、重力によるものです。重力は宇宙のあらゆる形態の物質とエネルギーに気づき、暗いかどうかにかかわらず、最大スケールでは、これらすべての無数の粒子の結合質量の影響を観察します。しかし、ここであなたの部屋に？何もない。
希望しない限り、ダークマターが通常のマターと相互作用する他の方法があります。暗黒物質の粒子は、一体何であれ、放射性崩壊の原因である弱い核力も感じて、この隠された領域への新しい窓を開いている可能性があります。巨大な検出器を構築することを想像してみてください。あなたが持っているあらゆる要素の大きな塊です。暗黒物質の粒子が流れ、ほとんどすべてが完全に無害です。しかし、まれに、暗黒物質の特定のモデルに依存する希少性により、通過する粒子は、弱い核力を介して検出器の要素の原子核の1つと相互作用し、それを場違いにノックして検出器の全体の質量を作成します震え。
マグノンを入力してください
この実験的なセットアップは、暗黒物質粒子が比較的重い場合にのみ機能し、まれな相互作用の1つで核をノックアウトするのに十分な力を与えます。しかし、これまでのところ、世界中の暗黒物質検出器のいずれも、何年も何年にもわたる検索を行った後でも、相互作用の痕跡を目にしていません。実験が順調に進んでいるため、暗黒物質の許容可能な特性は徐々に排除されてきました。これは必ずしも悪いことではありません。暗黒物質が何でできているのかわからないので、それが何であるかを知るほど、それが何であるかをより明確に把握できます。
しかし、結果の欠如は少し心配になることがあります。暗黒物質の最も重い候補は除外されつつあり、不思議な粒子が軽すぎる場合、それらは現在セットアップされているので、検出器では決して見られません。つまり、ダークマターが通常のマターと対話できる別の方法がない限り。
プレプリントのオンラインジャーナルarXivに掲載された最近の記事で、物理学者は、電子のスピンを変化させる過程で暗黒物質粒子を見つけることができる提案された実験設定を詳しく説明しています（実際、暗黒物質がそれを実行できる場合）。この設定では、疑わしい粒子が非常に軽い場合でも、暗黒物質が検出される可能性があります。マテリアルにいわゆるマグノンを作成することでこれを行うことができます。
絶対零度の温度で材料の塊があるとしましょう。その物質のすべての電子のすべてのスピン-小さな小さな棒磁石のように-は同じ方向を指します。ゆっくりと温度を上げると、一部の電子が目を覚まし始め、小刻みに動き、ランダムに反対方向にスピンを向けます。温度を上げると、フリップする電子が増えます。これらのフリップのそれぞれが、磁気強度を少しだけ減らします。これらの反転したスピンのそれぞれは、材料のエネルギーに小さな波紋をも引き起こし、それらの小刻みは、真の粒子ではなく、準粒子として見ることができますが、そのように数学で説明できるものです。これらの準粒子は「マグノン」として知られています。おそらく、それらは小さくてかわいい小さな磁石のようだからです。
したがって、非常に冷たい材料から始めて、十分な暗黒物質の粒子が材料に当たり、スピンを反転させると、マグノンが観察されます。実験の感度と相互作用の性質により、このセットアップでは軽量の暗黒物質粒子を検出できます。
つまり、存在する場合。
ポール・M・サッター の天体物理学者です オハイオ州立大学、 たくさんの 宇宙飛行士に聞く そして 宇宙ラジオ、作者 宇宙でのあなたの場所.
