暗黒物質のさらなる証拠に関する新しい報告は、非常に誇張されています。昨日、国際宇宙ステーションに取り付けられた 20 億ドルの宇宙線検出器であるアルファ磁気分光計 (AMS) を使用している研究者は、宇宙からの高エネルギー陽電子の想定過剰に関する最新データを報告しました。彼らは、少なくともプレス リリースでは、新しい結果は暗黒物質の粒子を検出したという新しいヒントを提供する可能性があると主張しました。暗黒物質は、銀河を重力で縛る謎の物質です。しかし、何人かの宇宙線物理学者は、AMS のデータは、余剰のはるかに平凡な説明と完全に一致していると述べています。そして彼らは、AMS だけで問題を解決できるとは思っていません。
AMS チームのリーダーであり、ケンブリッジにあるマサチューセッツ工科大学のノーベル賞受賞者であるサミュエル ティングは、新しい結果は AMS が暗黒物質を検出したことを証明するものではないと慎重に述べています。しかし、彼はまた、データは他のいくつかの解釈よりもその解釈を支持するものだと言います. 「重要な声明は、暗黒物質の説明との矛盾を発見していないということです」と彼は言います.
論争は、陽電子と電子の合計に対する反物質陽電子の数である重要な比率の AMS の測定に集中しています。 2013 年 4 月、AMS は、粒子のエネルギーが約 8 ギガ電子ボルト (GeV) を超えると、電子と陽電子の個々のフラックスが低下しているにもかかわらず、その比率、つまり「陽電子分率」が増加したという初期の報告を確認しました。陽電子の相対的存在量の増加は、暗黒物質粒子の存在を示している可能性があります。多くの理論によると、これらの粒子が衝突すると、互いに消滅して電子-陽電子対が生成されます。超新星爆発の雲のような残骸などの通常の発生源は、陽電子よりもはるかに多くの電子を生成するため、宇宙線間の電子と陽電子のバランスが変化します。
しかし、その解釈は定かではありませんでした。 AMS が比率の測定結果を発表する前から、天体物理学者は過剰な陽電子が検出されていない近くのパルサーから放出される可能性があると主張していました。 2013 年 11 月、イスラエルのレホボトにあるワイツマン科学研究所の理論天体物理学者である Eli Waxman と同僚たちは、さらに先へ進みました。彼らは、過剰な陽電子は、超新星残骸からの「一次」宇宙線と星間物質との相互作用から単純に発生する可能性があると主張した.もしそうなら、陽電子は単なる「二次」光線であり、特筆すべきことは何もありません.
しかし、AMS チームの研究者は、暗黒物質の解釈と一致する 2 つの新しい特徴を発見しました。彼らは昨日 Physical Review Letters でオンラインで報告しました。 .最初に、AMS チームは現在、エネルギーとともに上昇した後、陽電子の割合が横ばいになり、275 GeV のエネルギーで低下し始める可能性があることを確認しています。粒子の質量は、生成した陽電子のエネルギーに上限を設定します。 AMS の研究者は、この横ばい状態は、質量が 1 テラ電子ボルト (TeV) の暗黒物質粒子と一致すると述べています。 (アルバート アインシュタインの有名な質量とエネルギーの等価性のおかげで、この 2 つは同じ単位で測定できます。)
次に、AMS チームは、電子と陽電子のスペクトルを個別に測定しました。彼らは、エネルギーが増加するにつれて、スペクトルが異なる形状を持つことを発見しました。 「電子と陽電子が非常に異なることは本当に驚くべきことです」とティンは言います。そして、その違いは、陽電子が一次宇宙線電子によって生成された二次宇宙線ではないことを示唆していると主張し、そのような生成は同様のスペクトルにつながるはずである.
しかし、一部の宇宙線物理学者は納得していません。たとえば、AMS の電子分率のグラフでは、高エネルギー粒子が非常にまれであるため、最高エネルギーのエラーバーが大きくなっています。ペンシルバニア州立大学ユニバーシティ パークの宇宙線物理学者であるステファン・クトゥ氏は、これらの不確実性により、陽電子の割合が本当に減少し始めるかどうかが不明になると述べています。また、陽電子の割合が AMS が報告したよりも高いエネルギーで低下したとしても、陽電子が暗黒物質の消滅によるものであることを証明することにはならないだろう、と Coutu は言う。このような「カットオフ」は、パルサーが粒子を加速する空間領域のサイズが限られている場合、パルサーからの陽電子で簡単に発生する可能性があると彼は言います。結局、新しい結果は「おそらく何かと一致している」と Coutu は言います。
同様に、Waxman は、陽電子が単なる二次宇宙線ではないことを新しいデータが示唆しているという Ting の主張に疑問を呈している。もしそうなら、電子と陽電子は異なる場所から来ており、それらのスペクトルが似ていると期待する理由はないだろう、と Waxman は言う.さらに、AMS の陽電子分率の測定値は、彼と同僚が二次宇宙線によって達成可能な最大値であると予測した限界でちょうど横ばいになっているように見える、と彼は指摘します。したがって、実際、新しいデータは、陽電子が単なる二次宇宙線であるという解釈を支持している、と彼は言います。 「私にとって、これは宇宙線の相互作用が見られていることの非常に強力な兆候です。」
議論はいつか終わるのだろうか？ AMS はさらに 10 年間データを取得する予定であり、これにより科学者は不確実性を減らし、より高いエネルギーに到達できるようになるはずである、と Ting は言います。 「良い統計があれば、1 TeV に到達できると思います」と彼は言い、それは最終的に論争を解決するのに十分なはずです.しかし、ミシガン大学アナーバー校の天体物理学者である Gregory Tarlé は、「それは正当な主張だとは思いません」と述べています。高エネルギー宇宙線は非常に低い速度で到達するため、データ セットを 4 倍にしても大きな統計的不確実性が残ると彼は言います。したがって、タルレは、今から数年後に AMS の結果は現在と同じようにあいまいに見えるだろうと推測しています.
