国際宇宙ステーションに搭載された巨大な宇宙線検出器からの最初の結果は、以前に報告された宇宙からの過剰な反粒子を確認します。 20 億ドルのアルファ磁気分光計 (AMS) からの測定値は、神秘的な暗黒物質の粒子が真っ黒な虚空で互いに消滅している兆候である可能性があります。あるいは、パルサーやその他のありふれた天体からの単なる亜原子排気である可能性もあります。
この結果は、スイスのジュネーブ近郊にある欧州素粒子物理研究所 CERN で開催されたセミナーで、ノーベル賞を受賞した 77 歳の素粒子物理学者で AMS の背後にいる力を持つサミュエル C. C. ティンによって本日報告されました。彼らは、食欲をそそる過剰が存在するかどうかという問題を解決します。ペンシルバニア州立大学ユニバーシティ パーク校の宇宙線物理学者で、AMS の研究を行っていない Stéphane Coutu 氏は、次のように述べています。ただし、Cotu 氏は、「それが何を意味するのかは、しばらくの間明らかにならないでしょう」と警告しています。
2011 年 5 月 19 日に宇宙ステーションの外部にボルトで固定された AMS は、300 億の宇宙線を検出し、電子と陽電子の総数に対する反電子 (陽電子) の比率を測定しました。標準的な天体物理学によれば、その「陽電子の割合」は小さく、エネルギーが増加するにつれて減少するはずです。これは、星の爆発などの発生源が大量の高エネルギー電子を送り出すことができるのに対し、高エネルギー陽電子は通常、宇宙線の衝突によって発生する頻度が低いためです。代わりに、AMS の科学者は、陽電子の割合が 10 ギガ電子ボルト (GeV) のエネルギーで約 5% から、35 倍のエネルギーで 15% 以上に増加することを発見しました。
このような過剰は以前にも見られました。 2009 年 4 月、反物質物質探査および軽核天体物理学 (PAMELA) のペイロードと呼ばれるイタリアの衛星実験の研究者は、同様の結果を報告しました。 2012 年 1 月には、NASA の周回軌道にあるフェルミ ガンマレー宇宙望遠鏡を使った宇宙望遠鏡もほぼ同じことを報告しました。 PAMELA には粒子の種類を特定するシステムがなかったため、一部の研究者は陽子を陽電子と取り違えているのではないかと心配していました。フェルミは非荷電粒子を測定するように設計されていたため、陽電子と電子を区別するために、研究者は粒子の経路を曲げるために地球の磁場に依存する必要がありました。これは複雑な歴史を持つ技術です。
AMS は、陽電子分画をより高いエネルギーまで測定し、これまでのどの実験にも比類のない精度で測定しました。 「AMS が陽電子の過剰を確認したことを嬉しく思います」と、ミシガン大学アナーバー校の宇宙線物理学者 Gregory Tarlé は言います。陽電子は 2001 年のエネルギー範囲の下端にある。
しかし、何が過剰を生み出したのでしょうか?最もエキサイティングな可能性は、暗黒物質、重力が銀河を束縛している神秘的な物質から陽電子が発生することです。一般的な理論によると、暗黒物質は弱く相互作用する大質量粒子 (WIMP) で構成されている可能性があります。 2 つの WIMP が衝突すると、それらの粒子のエネルギーが WIMP の質量によって制限された状態で、互いに消滅して電子と陽電子のペアが生成される可能性があります。その場合、陽電子の割合は増加し、特定の「カットオフ」エネルギーを超えて再び低下するはずです。 AMS の研究者は、陽電子の割合が 250 GeV で横ばいになるという興味をそそる兆候を見ており、エネルギーの地平線上にカットオフが潜んでいることを示唆しています。
しかし、過剰な陽電子は、他のよりありふれた天体物理学的メカニズムから発生する可能性がある、と Coutu は言う。たとえば、近くにあるパルサーと呼ばれる放射線を放出する中性子星は、エネルギーの高い陽電子を放出する可能性があります。したがって、陽電子の過剰は本物のように見えますが、それは暗黒物質の決定的な証拠ではない、と彼は言います.
Ting と彼の 600 人の AMS 同僚は、この点を認めています。実際、Physical Review Letters に提出された慎重な言葉遣いの論文では、 、彼らは暗黒物質について言及せず、代わりに「新しい物理現象」に言及しています。しかし、彼らはまたプレス リリースで、より多くのデータがあれば、AMS はスペクトルの正確な形状をより高いエネルギーまで測定し、過剰が暗黒物質の衝突によるものなのか天体物理的な発生源によるものなのかを判断できるようになるとも主張しています。宇宙線物理学者は、AMS が明確なカットオフを確認したとしても、その可能性を疑っています。 「天体物理モデルにカットオフを設定するのは非常に簡単です」とタルレは言います。 「必要なのは、粒子加速領域のサイズを制限することだけです。」
不確実性にもかかわらず、結果は、AMS を軌道に乗せることをほとんど望んでいた Ting の勝利を示しています。 1994 年に提案されたこの検出器は、1998 年に NASA のスペース シャトルで試験飛行を行いました。ティンはたゆまぬ努力を続け、2008 年には NASA が AMS を宇宙ステーションに打ち上げるという議会の委任を獲得しました。 (AMS の論文は、9 人の現職および元上院議員と代表者の支援に感謝しています。) 打ち上げまでに、AMS の費用は数千万ドルから数十億ドルに膨れ上がりました。中国、韓国、台湾などの多くの国がこれに貢献しています。
これらの莫大な費用には、いまだに一部の宇宙線研究者ががっかりして首を横に振っています。 Tarlé は、AMS が以前の結果を確認したことを嬉しく思います。しかし、彼は、「追加のシャトル便の費用は言うまでもなく、世界に20億ドルの費用がかかったことに満足していません. AMS をめぐる論争は確実に続くようです。
