暗黒物質の探索は信仰の行為ですか?|天文学

若い物理学者はコンピューターの前に座り、はくちょう座からの信号を監視しています。彼の名前はクリストファー・トスで、白衣は彼には大きすぎます。クリストファーは穏やかで明快に話します。彼の物腰は慎み深く、しとやかにやさしく、それは宇宙の誕生に至るまでの深い時間を考えながら日々を過ごしてきたからなのではないでしょうか。

実験室の壁に沿って、約 15 フィートごとに黒と黄色の警告テープが、潜在的な出入り口のように見えるものの輪郭を示しています。テープで留められた各輪郭の上には、柄の長い斧とスプリッターブレードが 2 つのフックで固定されています。

塩は非常に低いガンマ線を持っています。塩は優れた絶縁体です。塩は放射性純粋です。塩は、弱く相互作用する巨大な粒子を研究したい場合に、身を包むのに最適な物質です.しかし、塩も非常に可塑性があります。塩は時間とともに流れます。それは忍び寄る。たるみます。その上に 3,000 フィートの岩盤がある岩塩の継ぎ目からチャンバーを切り取ると、そのチャンバーはゆっくりと歪みます。天井が下がり、側面が膨らみます。重力はそのスペースを取り戻したいと思っています。そのため、ボルビー研究所で働く科学者たちは、安全な生活が制限された一時的なゾーンで活動していることを知っています.深い時間は速く研究しなければなりません。

「これらは、岩塩が突然落ち込んだ場合の非常口です」とクリストファーは言い、安全プロトコルを説明する客室乗務員の手のジェスチャーを模倣し、警告テープでマークされた出入り口を指して、「ここ、ここ…そしてここ」 .研究室が崩壊し始めたら、斧を手に取り、研究室の壁をハックして通り抜け、塩をハックして安全な場所に出ます。」

彼は立ち止まり、微笑む。「まあ、少なくともそれが理論です。」

現在、研究室ではさまざまな種類の地下実験が行われています。 1つは、放射性廃棄物の長期埋設技術を研究するために、岩石のサンプルを分析します。別の研究者は、宇宙からの宇宙線によって生成される透過性の高い荷電粒子 (ミューオン) を利用する「ミューオントモグラフィー」として知られる技術を調査しています。ミュー粒子は岩石の奥深くまで通り抜けることができるため、火山の内部やピラミッドの中空の心臓部などの沈んだ構造を認識することができます。ミューオンは、石を通して見る方法を提供します。これらはすべて注目に値する実験です。しかし、Boulby 研究所の実験的王冠にある宝石は DRIFT です。

クリストファーは、実験室の片側にある大きな物体に向かって私を案内します。「これは私の地下の水晶玉です」と彼は言います—トリックを明らかにするマジシャンのように手を伸ばします—「タイムプロジェクションチャンバーとしても知られています.」

外から見ると、壮大な名前のタイムプロジェクションチャンバーはがっかりさせられます。金属で覆われた大きな箱の周りには、黒いごみ箱のライナーが無造作にテープで留められています。

「ごみ袋は水晶玉の重要な外層を構成しているようです」と私は言います。

クリストファーは、「あなたはばかにします」と答えます。

彼はその実験を私に説明します。「暗黒物質が塊であることはわかっています。どっしりとどっしり。そのため、その粒子は、目に見えなくても質量を持ち、質量がある場合は、目に見える粒子と少なくとも時折衝突する必要があります。これらの衝突は原子核を散乱させます。 DRIFT の最初の目標は、これらの衝突を検出し、散乱する原子核を追跡することです。」

彼は一時停止します。私は待つ。何兆ものニュートリノが私たちの体を通過し、地球の岩盤、マントル、液体の内臓、固体のコアを通過します。

「赤いボールは見えるが白いボールは見えないビリヤードの試合を見ていると想像してみてください。突然、赤いボール (電子) がベイズを横切って移動するのが見えます。赤いボールの経路をプロットすることで、目に見えない白いボール (WIMP) が当たった経路をいわばバックトラックできるかもしれません。このことから、その白い球の方向、質量、および性質について、より多くのことを知ることができるかもしれません。これを十分な回数、十分な精度で行い、暗黒物質のハローの特徴を提供しようとしています。」

DRIFT 装置の中核は、1 ミリ間隔で配置された極細の高帯電ワイヤのメッシュワークが交差する、体積 1 立方メートルのスチール製真空容器です。 WIMP がチャンバー内の通常の物質の原子核と衝突すると、イオン化トラックが発生し、ワイヤのメッシュワークが強化され、記録されます。したがって、トラックを 3 次元で再構築して、衝突する粒子の種類と起源に関する情報を提供できます。ワイヤは低圧ガス内に保持され、低圧ガスは導電性チャンバー内にあり、導電性チャンバーはスチールの中性子シールド内にあり、ユニット全体は太古の海の蒸発によって残された岩塩の帯に保持されています。

私は今後何年にもわたって、そのような複数の封じ込めプロトコルを備えた多くのチャイニーズボックス構造が、古代エジプトの埋葬慣行のハヤブサの頭を持つカノポスの石の瓶からの地中の保管手順を特徴づけることを学びます。死者は塗装された木製の箱に入れられ、墓に入れられ、ピラミッドに入れられ、原子炉からの使用済みウランペレットの同心円状の覆いに入れられました。ペレットはジルコニウムの棒の中に入れられ、棒は銅のシリンダーに入れられ、銅のシリンダーは鉄のシリンダーに入れられ、鉄のシリンダーはベントナイトの粘土リングに入れられ、リングは地中深くにある貯蔵施設の岩盤に入れられ、数千人が沈んだ。足を片麻岩、花崗岩、または塩にします。

クリストファーは私を自分のデスクに案内します。彼のコンピューターのスクリーンセーバー画像は、カナディアンロッキーのレイクルイーズのターコイズブルーの海です。彼は、タイムプロジェクションチャンバーから返されたデータを表す図を見せてくれました。さまざまな明るい色の線があり、その上を細い黒い筋が斜めに走っています。

「この対角線はアルファ粒子の経路です」とクリストファーは言い、小指でそれをたどります。「彼は、私たちの実験を通して大騒ぎしながらやってきた、殴り合いの格好良い紳士です。彼の信号を特定することが、私たちが探していないものを知るのに役立つ場合を除いて、彼は私たちにとって興味がありません。」

「代わりに、私たちが聞こうとしているのは、彼の騒々しさの背後にある静かなささやきです。実際、ささやきさえしません。呼吸の最もかすかな呼吸のようなものです。ここの塩の下は、そのような息を聞くことができる唯一の場所です。その息は、弱く相互作用する巨大な粒子が通過する音であり、細かい痕跡を残します。私たちが考えている WIMP 衝突は、2 つのチャネルのそれぞれに 1 つずつ、2 つの小さなブリップのように見えます。」

彼は指の爪で 2 つの点を選び出します。1 つは黄色の線、もう 1 つはピンクの線です。彼は一時停止します。彼のスクリーンセーバーは、ヤシの木が立ち並ぶ白砂のビーチとラピスラズリの海が重なり合う彩度の高い画像に変わります。 Cygnus からの WIMP 風が私たちの体を吹き抜けます。

「このデータは、慣れればとても美しいものです」と彼は言います。同意してうなずきます。

「今、あなたは宇宙の絶対的な小ささをピンポイントの精度で調べており、スケールの最も細かい部分をじっと見つめています。これらの色付きの線は拡大鏡です。」

それから彼は、あたかもそのフレーズが警告なしに頭に入ってきたかのように、それが通過するときに痕跡を記録したかのように、「すべてがシンチレーションを引き起こします」と言います。彼は一時停止します。

「なぜ暗黒物質を探しているのですか？」お願いします。

「私たちの知識を深めるために」とクリストファーはためらうことなく答えます。探求していなければ、何もしていません。待っているだけです。」

彼は再び一時停止します。私は待つ。彼のコンピューターのスクリーンセーバーは秋のヨセミテに変わり、エルキャップの頂上には初雪が降っています。クリストファーは話しません。

「暗黒物質の探索は信仰の行為ですか？」

彼は私が詳しく説明するのを待っています—彼は以前に質問を聞いたことがあり、答える前にもっと知りたがっています.彼のスクリーンセーバーは、ナミビアのソーサスフライにある砂漠の砂丘に変わります。

ボールビーの西にあるリヴォー修道院のことを思い出します。そこでは、肥沃な川の谷にシトー会の修道士がミサを行うためのスペースを設立し、建設しました。彼らの修道院は、世界中に広がるそのような場所のネットワークの 1 つであり、そこでは、通常の懇願に対して自分自身を明らかにすることを好まない存在に祈りが捧げられました.

修道院の上の丘の中腹では、「スリップリフト」として知られる地質学的形態が岩の中でゆっくりと開閉し、地中深くから暖かい空気を放出しているため、寒い日には丘の中腹が呼吸しているように見えます。生きている。シトー会がこれらの谷に到着する何千年も前に、新石器時代と青銅器時代の人々はスリップリフトの闇に入り、儀式を実行しました。別の種類の消滅製品。

サウスダコタ州のブラックヒルズにあるウィンドケーブシステムを覚えています。ここは、ラコタ族のスー族にとって神聖な場所であり、開発された金鉱の奥深くに設置されたアメリカの暗黒物質検出研究所の近くにあります。開口部から地下 130 マイル以上に広がる風の洞窟まで、空気が突進したり、頭から帽子をはぎ取ったりするほどの力で引き込まれます。ラコタの創造物語では、人間が最初に上の世界に現れ、色と空間に驚かされるのは、風の洞窟からです。

「私の感覚では、暗黒物質の探索は、精巧で繊細な前提の建物と、研究所としても知られる礼拝所のネットワークを生み出し、すべて目に見えない普遍的な実体の探索に専念しているということです。それは自分自身を明らかにすることを拒否します。私たちが科学と呼んでいるものよりも、私たちが宗教と呼んでいるものに似ているようです。」

「私はとても真面目なクリスチャンとして育ちました」とクリストファーは言います。「その後、物理学を見つけたとき、私は信仰をほぼ完全に失いました。今、その信仰は戻ってきましたが、その形は大きく変化しています。私たち暗黒物質研究者は、発見しようとしていることや知っていると信じていることに関して、他の科学者よりも証拠が少ないのは事実です。神は？そうですね、もし神性があったとしたら、それは科学的調査と人間の憧れの両方から完全に切り離されたものになるでしょう。」

彼は再び一時停止します。この考え方が彼にとって難しいというわけではありません。彼は以前にこれらの道を進んだことがありますが、慎重に言葉を選んでいるのです。

「私が信じたいと思う神性は、私たちが証拠として認識するものによって自らを宣言するものではありません。」彼はデータの読み出しを身振りで示します。「もし神がいるなら、私たちはそれを見つけることができないはずです。神の証拠を見つけたら、神はそれよりも賢いはずだという理由で、その神を信用しません。」

「それは世界の感じ方を変えますか？」私は彼に尋ねる。「毎秒100兆個のニュートリノがあなたの体を通り抜けていることを知っているのに、無数のそのような粒子が私たちの脳や心臓を突き破っていますか?物質に対する感じ方、つまり何が重要なのかについて、あなたの感じ方は変わりますか?私たちが一歩ごとに世界の各面に落ちたり、触れるたびに押したりしないことに驚いていますか?」

クリストファーは頷く。彼が考えている。彼のスクリーンセーバーは、夕暮れ近くに見られる桂林の石灰岩の塔に変わり、Instagram やその他の大規模な画像共有プラットフォームで広く魅力的であると考えられている方法で逆光になっています。

「週末に、晴れた日に妻と一緒にこの近くの崖の上を散歩していると、私たちの体が網目の広い網であることがわかります。私たちの日常の世界で、水や空気の上を突然歩いていることに気付いたように、時々、そうです。そして、時々、それを知らないとはどういうことなのだろうと思います。」

彼は一時停止し、今彼が塩の洞窟の境界を越えて、既知の宇宙の限界を越えて考えていることは明らかです.

「しかし、ほとんどの場合、そしていくつかの点で、愛する人の手を握ることができることに驚いています。」

Robert Macfarlane は、風景、自然、人々、場所に関する受賞歴のあるベストセラーの本の著者です。 心の山:魅力の歴史 (2003), ワイルドプレイス (2007)、 オールドウェイズ (2012)、 ホロウェイ (2013 年、スタンリードンウッド、ダンリチャーズと共に)、 ランドマーク (2015)、 The Lost Words:A Spell Book (アーティストのジャッキー・モリスとの共著、2017) および アンダーランド:ディープタイムジャーニー (2019).

リード写真:ボールビー地下研究所の発掘現場にいるクリストファー・トス。このサイトは現在、宇宙の大部分を構成するとらえどころのない物質である暗黒物質の大規模な検出器をホストしています。