Sam Ting は、聴衆に興味深いニュースを伝える準備をしているときに、静かに慎重に話します。 「とにかく、通常は私の声が聞こえません」と、技術者がマイクをいじっている間に、スイスのジュネーブ近郊の素粒子物理学研究所である CERN で、この 12 月の講演の冒頭で物理学者が冗談を言いました。
ティンは穏やかな口調かもしれませんが、彼を引退と呼ぶ人はほとんどいません。 20 年前、ティンは資金提供者を説得して、アルファ磁気分光計 (AMS) を構築するために 15 億ドルを費やしました。 2011 年、NASA は最後から 2 番目のスペース シャトル フライトで 8.5 トンの磁石を打ち上げ、国際宇宙ステーション (ISS) に取り付けました。現在、彼は再び注目を集めており、彼の講演の最後に隠されているヒントにより、AMS が最終的に元の名前 (「AM」は「反物質」の略) の約束を果たしているというヒントが示されています。
これまでのところ、AMS は磁石の口を通過した約 900 億個の粒子の質量と電荷を測定しました。それらのほぼすべてが陽子とヘリウム原子核であり、電子と炭素、酸素、鉄の原子核が散らばっています。貴重な少数は反陽子と陽電子です:陽子と電子の反物質対応物.多くの天体物理学者はそれらを単調な銀河の出来事の副産物と見なしているが、ティンにとって、それらの反粒子は余分な重力で銀河を圧迫する目に見えない「暗黒物質」への手がかりかもしれない.
しかし、これらの反粒子はティンにとって大きなニュースではありません。 CERN で、そして彼が 1969 年以来働いているケンブリッジのマサチューセッツ工科大学 (MIT) での 2 月 16 日の講演で、ティンは AMS がより大きくて奇妙な形の反物質を閉じ込めたかもしれないと言います。彼によると、AMS は、2 つの反陽子と 1 つの反中性子でできている反ヘリウム 3 の候補粒子をいくつか見てきました。地球上の実験室で、物理学者はつかの間の反ヘリウムを作りましたが、誰もそれを宇宙で検出したことはありません.
「衝撃的でした」と、ワシントン D.C. のエネルギー省 (DOE) で AMS プロジェクト マネージャーを務める物理学者 Michael Salamon は言います。非常に予想外だったので、Ting 氏は、調査結果を公開したり、理論家に何が起こっているのかを尋ねたりすることさえ控えていると述べています。 「信号が本物であることを確認したい」と彼は Science に話します。 自然界でアンチヘリウムを検出できれば、宇宙論が大きく変わる可能性があります。単一の確認された検出は、ビッグバン以来生き残った反物質の島の存在を示したり、物理学の標準モデルを超えた粒子相互作用を示したりする可能性があります.そして、1 月に 81 歳になったティンにとって、それは立証であり、彼の辛辣な批評家に対する最後の反論となるでしょう。
1976 年、ティンは J/Psi 中間子と呼ばれる素粒子を発見したことでノーベル物理学賞を受賞しました。彼が最初に AMS を使って宇宙への粒子探索を提案したのは 1994 年のことでした。彼はすぐに高射砲を引きました。国際的なパートナーと DOE によって資金提供されたこのプロジェクトは、通常の科学的レビューではなく、抜け目のない政治的策略によって支持を得ており、大きな洞察は得られないと主張する人もいます。ミシガン大学アナーバー校の天体物理学者であり、ティンと AMS を声高に批判する Greg Tarlé は、ティンのこれまでの結果は「記者会見による物理学」に相当すると述べています。
Ting のマーキー AMS の結果 (予想よりも多くの高エネルギーの陽電子が銀河の周りを飛び回っている) は、懐疑論者を感動させませんでした。 2000 年代半ばに発見されたヨーロッパの衛星と AMS が確認したその陽電子過剰は、それを仮想の暗黒物質粒子に関連付ける何百もの理論論文を引き起こしました。これらの粒子の相互消滅により、狭いエネルギー範囲で電子と陽電子が半分ずつ混合された状態になる可能性があります。電子は他の発生源からの電子の海に消えていきますが、よりまれな陽電子が目立つかもしれません. Ting にとって、余分な陽電子についての最良の説明は、質量が 1 テラ電子ボルトの暗黒物質粒子であり、これは飛んでいる蚊とほぼ同じエネルギーです。
他の研究者は、より身近な天体物理学の情報源を好みます。オハイオ州立大学（コロンバス）の素粒子天体物理学者であるティム・リンデン氏は、ティン氏が指摘するモデルを含め、暗黒物質モデルの急増は「おそらく、科学よりも共同体や論文執筆の速さに関係しているのだろう」と述べている。彼と他の人々は、天の川は厄介な実験室であり、崩壊した星の回転する強力な磁気コアであるパルサーと、陽子を超高エネルギーに加速し、より冷たいガスに激突させる超新星が渦巻いていることに注目しています。どちらの現象も、AMS が見る反物質を生成する可能性があります。
しかし、ティン氏によると、過去 5 年間に集計された「4 つまたは 5 つの」対ヘリウム候補は、まったく別物だという。 MITの素粒子天体物理学者であるKerstin Perezは、従来の天体物理学的プロセスやダークマター粒子がこれほど多くの反ヘリウムを生成する方法はほとんど考えられないと述べています。彼女は、2020 年に南極上空に打ち上げられたときに反ヘリウムを探索できる気球の実験を共同で主導しています。「もしそれが本当なら」と彼女はティンの主張について、「それは根本的に新しいものです」と述べています。
また、Ting の最初の提案を検証することにもなります。 Ting が AMS で NASA と DOE を販売したとき、反物質のオアシスから暴走粒子を発見し、深い謎を解くのに役立つかもしれないと彼は言いました。ビッグバンは物質と反物質を同量生成した。その後すぐに、彼らはガンマ線のパフで互いに衝突して消滅し始めました.しかし、どういうわけか、物質が観測可能な宇宙を支配するようになりました。それは、この 2 つの根本的な違いによるものかもしれません。あるいは、空間の特定の領域がどちらか一方によって支配されるようになったのは、単なるコイントスだったのかもしれません。通常の銀河と共存する反物質の塊は、天文学者が観察するよりも多くのガンマ線を生成するため、それらの領域を探すというティンの考えは、彼の批評家を刺激しました。さらに、大きな反粒子は、AMS への旅を簡単に乗り切ることができませんでした。しかし、もし反物質がそこにあれば、AMS はそれを嗅ぎ分けます。
しかし、AMS チームの内外で感じているのは、検出器に問題があるというより平凡な説明を除外するにはまだ時期尚早だということです。荷電粒子がドーナツ型の磁石を通過すると、その場が経路を曲げて、電荷と運動量を示す特徴的な曲線になります。粒子は、曲線を追跡する 9 つの冷却されたシリコン検出器を通過します。 1 年に約 10 億回、粒子は 2 つの正電荷を持つヘリウム原子核であることが判明します。しかし、毎年 1 つほどのイベントが発生し、地球全体がマイナス 2 の電荷で湾曲しているように見える、と Ting は言います。これらの事象は、実験中の原子から異常に跳ね返ったヘリウムであり、誤認につながる可能性があります。しかし、チームはコンピューターを使用して、粒子が検出器内でたどる可能性のあるすべての経路をモデル化しました。 「これがどのような背景から生じる可能性があるのか 、まだわかりません」とTing氏は言います. 「コラボレーションの多くの人々は、それを公開すべきだと考えています。」
彼がまだそうしていないことは、ティンの典型である、と彼の支持者は言う. 「それは、いわば彼のトレードマークのようなもので、何かが出てきたときに非常に確信を持っています」と、ホノルルにあるハワイ大学の Philip von Doetinchem は言います。彼は AMS チームのメンバーですが、反ヘリウム問題には取り組んでいません。 .しかし、批評家はそれを別の方法で見ています。 「彼は楽器に問題があることを知っています」とタルレは言います。タルレにとって、ティンは戦略的に恥ずかしがり屋を演じて、ミッションへのさらなるサポートを強化しています。
そしてティンはそれを必要とするかもしれません。 2019 年に AMS をレビューする DOE は、日常的な天体物理学ではなく、ブレークスルーを熱望しています。 「宇宙線の特定の種のスペクトルを理解することは知っておくとよいことですが、率直に言ってそれほど重要ではありません」と Salamon 氏は言います。より差し迫った懸念は、シリコン トラッカーを冷却する 4 つの冗長ポンプのうちの 1 つだけがフルパワーで動作していることです。
AMS が、米国や他の国々が ISS への資金提供を停止する予定の 2024 年まで続くことができれば、磁石は粒子のセンサスを 2 倍にすることができるはずです。それを達成することは、その陽電子信号のエキゾチックな解釈とありふれた解釈を区別するのに役立つだけでなく、Ting にさらに多くの反ヘリウムの候補を与えることができる. Ting は、10 個以上あれば、これを発見と呼ぶのに必要な統計的検出力が得られるかどうかはわかりませんが、それぞれが役立つと述べています。
ティンは、壊れたポンプを、宇宙飛行士が船外活動中に設置する新しいシステムに置き換えることを計画していると言います。 NASA の広報担当者は、最後のポンプが壊れた場合に備えて、修理の計画が進行中であることを確認しています。代理店は、現在から 2019 年までの宇宙遊泳の可能性に 1,600 万ドルを費やしました。 「お金の問題はありません」とティンは言います。
何年もの間、AMS が反ヘリウムを発見できなかったとしても、それは努力不足ではありません。
明確化:以前のバージョンのストーリーでは、DOE が AMS プロジェクトに焦っていると誤って示唆されていました.
