対照的な研究です。 10 年以上にわたり、物理学者は暗黒エネルギーについて頭を悩ませてきました。暗黒エネルギーは、宇宙を吹き飛ばし、最大規模で宇宙を研究することによってのみ検出された謎の物質です。現在、研究者は利用可能な最小のツール、つまり真空チャンバー内で自由落下する原子を使用して、その特性を調べています。この実験は、今日 Science で報告されました 、暗黒エネルギーが何であるかを明らかにするものではありませんが、そうでないものを特定するのに役立ちます.特に、よく知られている 1 つの考えの可能性を狭めています。暗黒エネルギーは、ありふれた視界に隠れている仮説の「カメレオン粒子」に存在するというものです。
ウィスコンシン大学マディソン校の理論物理学者で、この研究には関わっていない Amol Upadhye は、次のように述べています。このテストはカメレオンを完全に排除するものではないと彼は言いますが、将来の改善により、このアイデアは究極のテストにかけられるかもしれません.
暗黒エネルギーの発見は、物理学と宇宙論を揺るがしました。科学者たちは、銀河が重力で互いに引っ張り合い、ビッグバンで始まった膨張を打ち消すため、宇宙の膨張が減速していると考えていました。しかし、1998 年に、宇宙学者の 2 つのチームが、超新星と呼ばれる星の爆発を研究することによって、膨張が実際には加速していることを示しました。この結果は、銀河団、ビッグバンの残光 (宇宙マイクロ波背景放射)、およびその他の宇宙現象の分析によって裏付けられています。物理学者は、この加速がある種の空間を引き伸ばす暗黒エネルギーによるものであると考えています。
しかし、暗黒エネルギーとは何ですか？ 2 つの可能性があります。それは、1917 年にアルベルト アインシュタインが仮説を立てたように、何もない空間自体の真空に隠されたエネルギー、つまり宇宙定数である可能性があります。あるいは、空間を満たし、風船のように膨らませる量子場である可能性もあります。どちらの選択肢にも問題があります。素粒子物理学の標準モデルを考えると、理論家は宇宙定数がどうあるべきかを計算することができ、比較的控えめな加速を説明するには非常に大きな値が得られます。一方、量子場の存在は、太陽系の惑星の軌道などに影響を与えますが、暗黒エネルギーはそうではないようです.
そこでカメレオン粒子の出番です。仮説上の粒子はまさにそのような量子場を構成しますが、物質の密度が高いところはどこでも場を消滅させる方法で物質と相互作用します。したがって、フィールドは惑星などに目立った影響を与えません。 「カメレオンは、他の多くの理論的アイデアと同様に、そこに存在する可能性はわずかです」と、ペンシルバニア大学の理論宇宙学者であり、この概念の共同発明者である Justin Khoury は述べています。 「それにもかかわらず、可能であればテストする必要があります。」
それは、Khoury、カリフォルニア大学バークレー校の原子物理学者である Holger Müller、および同僚が行ったことです。カメレオン場を探すために、彼らは直径 9.5 ミリメートルのアルミニウム球と、真空チャンバー内の 1000 万個の超低温セシウム原子のパフとの間の相互作用を研究しました。真空内にカメレオン フィールドが存在する場合、球体はそれを押しつぶします。そして、トランポリンのボーリング ボールのように、球体はその表面のすぐ外側でフィールドを曲げ、フィールドの強さをゼロにします。原子の雲は、傾斜したフィールドを滑り落ち、球に向かって短距離の力を受けます。重要なのは、雲自体がフィールドを抑制して効果を台無しにするほど十分に濃くなかったということです。 「簡単に言えば、私たちは球体と原子の間に面白い力を探しているのです」とミュラーは言います。
その力は、地球の引力に加えて発生します。そのため、研究者は 2 つの異なる構成で実験を繰り返しました。 1つは、傾斜したカメレオンフィールドが力を発揮するのに十分なほど近く、球の上8.8ミリメートルから原子を落としました。彼らは、原子干渉計と呼ばれる非常に感度の高い技術を使用して、セシウム原子が約 20 ミリ秒間落下する際の加速を測定しました (図を参照)。他の構成では、彼らは原子を球の側面にうまく落としました。そこではカメレオン場が均一で、力を生み出さなかったはずです。そのため、カメレオン フィールドが存在する場合、原子は球体の上に落下すると、下向きの速度が速くなります。実際、どちらの構成でも、原子は 100 万分の 1 の精度で同じ速度で加速しました。
不思議なことに、ミュラーもクーリーもこの実験を思いつきませんでした。代わりに、英国のノッティンガム大学のクレア・バラージとエドモンド・コープランド、およびインペリアル・カレッジ・ロンドンのエドワード・ハインズが、1年前にarXivプレプリントサーバーに投稿した論文で提案した. 「もちろん、彼らが私たちより前にそれを行ったことには失望しました」と Hinds 氏は言います。
現在の精度では、この実験では、物質との相互作用 (物質の密度が高い場所で場を遠ざけるもの) が重力よりもはるかに強いカメレオンのみが除外されている、と Khoury は述べています。物質との相互作用がより弱いものは、依然として生存可能であると彼は言います。ミュラー氏によると、彼のチームは実験の精度を 10 億分の 1 に改善することを目指しており、カメレオンを究極のテストにかける必要があります。ハインズはミュラーを倒してその目標を達成しようとしています。そして、カメレオンの概念がなくなったとしても、暗黒エネルギーを生み出す量子場を隠す方法は他にもあります.
