図書館が古い科学雑誌に固執する理由の 1 つは、32 年前に実施された実験の論文が暗黒物質の性質に光を当てる可能性があることです。古いデータは、「暗黒光子」の新たな概念を台無しにし、単純な掘り出し物の地下実験がそのアイデアをテストすることができることを示唆しています.
暗黒物質が何であるかを本当に知っている人は誰もいません。 1980 年代以来、理論家の最良の予感は、それがいわゆる弱く相互作用する大質量粒子 (WIMP) で構成されているというものでした。それらが存在する場合、WIMP は陽子の 1 ～ 1000 倍の質量を持つことになります。それらは、微弱で弱い核力 (通常は原子核内でのみ筋肉を収縮させる 2 つの自然の力のうちの 1 つ) を介してのみ相互作用し、互いに衝突して消滅することによってのみ消滅する可能性があります。したがって、初期の宇宙が大量の WIMP を調理した場合、それらの十分な量が自然に生き残り、今日の適切な量の暗黒物質を生成することになります。しかし、物理学者はまだ WIMP を発見していません。WIMP は時々高感度検出器で原子核を検出し、飛ばすはずです。
最近では、理論家たちは、自己相互作用暗黒物質など、他のアイデアを探求しています。これは、陽子の 1/1000 から 1 倍の質量を持つ χ (カイと発音) として知られる粒子で構成されます。これらの粒子は、光を生成する電磁力のような力を介して互いに相互作用します。その力は、通常のものとわずかに「混合」する可能性のある、光の粒子の暗黒物質バージョンであるダークフォトンと呼ばれる巨大な粒子によって伝達されます。そのため、通常の光子と同じように、わずかな確率で、暗黒光子が電子や原子核などの通常の荷電粒子と相互作用する可能性があります。
自己相互作用暗黒物質には魅力的な特性があります。特に、暗い光子は素粒子物理学のパズルを説明することもできます。ミューオンと呼ばれる粒子は、理論が予測するよりもわずかに強い磁気を帯びているようであり、ミューオンが真空に潜む暗い光子と相互作用する場合、その矛盾は解決される可能性があります。ただし、χs と暗光子は WIMP 検出器で検出するのが難しいでしょう。質量が小さいため、シグナルを生成するのに十分な強度で原子核を叩くことができませんでした。
しかし、アーカイブ データは、特定の組み合わせの特性を持つ暗黒光子を既に除外していると、ニューヨークのストーニー ブルック大学の理論物理学者 Rouven Essig と彼の同僚は主張している。このデータは、カリフォルニア州メンロパークにある SLAC 国立加速器研究所で 1980 年から 1982 年にかけて実施された「ビーム ダンプ」実験である E137 からのものです。この実験では、物理学者は、他の実験で残った高エネルギー電子のビームをアルミニウムのターゲットにぶつけて、何が出るかを確認しました。研究者は、通常の粒子をブロックする厚さ 179 メートルの砂岩の丘の反対側に、ターゲットの 383 メートル後方に検出器を配置しました。次に、アクシオンと呼ばれる、地球を貫通して検出器に到達したと思われる粒子を探しましたが、何も見つかりませんでした。
しかし、電子がターゲットに衝突すると、高エネルギー χs のビームも生成されたはずです。 χ は丘を横断し、暗光子を介して検出器内の電子と相互作用し、それを爆発させた可能性があります。 E137 に反跳電子が見られなかったという事実により、Essig と彼の同僚は、今週 Physical Review Letters で報告したように、暗黒光子の質量と通常の光子との混合の強さの組み合わせの可能性を否定することができました。 .この結果は、暗黒光子がまったく存在しないことを証明するものではありませんが、その可能性のある特性に制限を加えています.
他の物理学者は、アーカイブ データを使用して新しい暗黒物質理論をテストしました。昨年、カナダのウォータールーにあるペリメーター理論物理学研究所の理論家 Philip Schuster と同僚は、1994 年と 1995 年に行われた SLAC での別のビームダンプ実験の結果を使用して、自己相互作用暗黒物質を調べました。しかし、ミリチャージ (mQ) の実験は、原子核を飛ばす χs に敏感で、制限をいくらか緩く設定しました。 「電子反跳限界は少し良くなっているようです」と Schuster は言います。
特定の仮定の下では、ミューオンの磁性を説明するのに必要な特性を持つダークフォトンが分析で不利になります。しかし、これらの仮定を緩めて、新しい実験でアイデアをより徹底的にテストすることができます、とSchusterは言います.彼と約 80 人の物理学者は、E137 の 100 倍のイベントを調べる BDX と呼ばれる新しいビーム ダンプ実験を構築することを望んでいます。彼らはバージニア州ニューポートニューズのトーマス・ジェファーソン国立加速器施設に同意書を提出しましたが、実験は別の場所で行われる可能性があります.
BDXチームの共同スポークスマンでイタリア国立核物理研究所のマルコ・バッタリエーリ氏は、一部の素粒子物理実験と比較して、BDXは小型で安価になるだろうと述べている。 「数千トンの検出器について話しているわけではありません」と彼は言います。 「私たちは1トンの探知機について話しています。」 BDX には数百万ドルかかると Battaglieri 氏は言います。
この研究はまた、すでに取得されたデータに反することのない暗黒物質のモデルを思いつくのはそれほど簡単ではないことを示唆しており、Schuster は次のように述べています。
