これは物理学者が望んでいた結果ではありませんが、新しい実験からのデータは、暗黒物質、重力が銀河を縛る謎の物質の探索における論争のサブプロットに終止符を打つ可能性があります.今日、サウスダコタ州リードのサンフォード地下研究施設で大型地下キセノン (LUX) 検出器を使用している研究者は、他の実験で示唆された軽量の暗黒物質粒子の兆候が見られないことを発表しました。ブラウン大学の LUX チーム メンバーである Richard Gaitskell は、次のように述べています。 「私たちは何千ものイベントを見たはずですが、まったく見当たりません。」
LUX は、弱く相互作用する大質量粒子 (WIMP) に忍び寄り、暗黒物質を構成する物理学者の最良の推測です。重力を生み出すことに加えて、WIMP は弱い核力を介してのみ、他の物質や自身と相互作用します。もし生まれたばかりの宇宙が、その力だけで相互作用できる粒子であふれていたとしたら、陽子の 1 倍から 1000 倍の重さである限り、暗黒物質を供給するのに十分な量の粒子が残ることになります。 WIMP は通常、超対称性と呼ばれる概念からも生まれます。この概念は、物理学者の一般的なモデルのすべての粒子により大きなパートナーを仮定し、WIMP は陽子の数百倍の重さである必要があることを示唆しています。
しかし、近年、いくつかのグループが、陽子の 10 倍未満の重さの予想外に軽い WIMP の兆候を報告しています。 2010 年、コヒーレント ゲルマニウム ニュートリノ技術 (CoGeNT) の実験に取り組んでいる物理学者は、ミネソタ州北部のスーダン鉱山にある 440 グラムの検出器に軽量の WIMP が衝突する兆候の可能性を報告しました。しかし、イタリアの地下にあるグランサッソ国立研究所で進行中の XENON 実験の物理学者は、彼らのデータが軽い WIMP を除外したと主張しました。その後、XENON の研究者が、100 キログラムの極寒の液体キセノンで満たされた検出器を適切に調整したかどうかについて、論争が起こりました。
ほとんどの説明によれば、軽い WIMP の最も信頼できるヒントは 4 月に現れました。スーダンで極低温暗黒物質探査 (CDMS) を行っている物理学者は、検出器内のシリコンの超低温ディスクに軽い WIMP が衝突したことと一致する 3 つのクリーン イベントを報告しました。
しかし、現在、LUX の研究者は、彼らの結果が CDMS 信号と軽い WIMP の他のヒントに反論していると言います。地下 1480 メートルに潜む LUX は、1,000 万ドルの費用がかかり、4 月にデータの取得を開始しました。 370 キログラムの液体キセノンが含まれているため、XENON や CDMS よりも感度が高くなります。 CDMS が WIMP を検出し、無関係なバックグラウンド放射線を検出していなかった場合、LUX の研究者は、データを取得した 85 日間で約 1600 のイベントを確認したはずである、と Gaitskell は述べています。
では、LUX の結果は軽量の WIMP に関する議論に決着をつけますか?鍵となるのは、LUX の研究者が検出器をどれだけうまく調整しているか、また低質量 WIMP に本当に敏感であることを示すことができるかどうかである、とシカゴ大学 (イリノイ州) の物理学者で CoGeNT チームのリーダーである Juan Collar は言う。 「それはすべて、彼らが達成する [エネルギー] しきい値と、彼らがどれだけ用心深いかによって決まります」と、Collar 氏は分析で述べています。
もちろん、本当の目的は、軽いか重いかを問わず、WIMP を検出することです。 LUX の研究者は、さらに 2 年間データを取得します。その後、LZ と呼ばれる 7 トンの探知機を建設する予定です。一方、XENON の研究者は来年、実験の 1 トン バージョンを開始する予定であり、CDMS の研究者も検出器をアップグレードしています。
