高価で論争の的となっている宇宙ベースの宇宙線検出器は、宇宙の質量のほとんどを供給していると考えられている目に見えないものである暗黒物質の可能性のある兆候を発見しました.マサチューセッツ工科大学 (ケンブリッジ) の素粒子物理学者であり、国際宇宙ステーション (ISS) に搭載されているアルファ磁気分光計 (AMS) のリーダーであるサミュエル・ティングはそう言っています。
しかし、老化検出器の開発に時間がかかっており、多くの研究者は暗黒物質の解釈に懐疑的です。 「ストーリーラインを聞くと、私たちが向かっているところのように聞こえますが、決してそこにたどり着くことはありません」とイリノイ州シカゴ大学の宇宙線物理学者であるアンジェラ・オリントは言います.
1976 年のノーベル物理学賞の共同受賞者であるティン (83 歳) は、AMS のために 15 億ドルを調達するために世界中を飛び回り、NASA とエネルギー省 (DOE) に支援を求めました。宇宙飛行士が 2011 年 5 月に 8500 キログラムのドーナツ型の検出器を ISS に取り付けた後、宇宙線 (宇宙からの荷電粒子) の何十億もの質量、電荷、およびエネルギーを測定し始めました。それらのほとんどは陽子、電子、およびヘリウムなどの軽原子核ですが、陽電子などの反物質粒子で構成されているものはごくわずかです。それらが際立っているのは、AMS の磁場内で、その経路が対応する物質の経路とは反対方向に曲がっているからです。
2014 年、AMS の研究者は、10 ギガ電子ボルト (GeV) を超えるエネルギーで始動し、約 300 GeV 減少したように見える陽電子の予想外の流れを報告しました。過剰は暗黒物質粒子が互いに衝突して消滅し、電子-陽電子対を生成することから生じる可能性があり、減衰のエネルギーは暗黒物質粒子の質量を指す可能性があります。現在、AMS の研究者は 3 倍のデータを使用して、そのエネルギー カットオフを明確に解決しています。陽電子過剰は 25 GeV で始まり、284 GeV で急激に低下すると、227 人のメンバーからなる AMS チームが先週 Physical Review Letters で報告しました .エネルギースペクトルの「好転が見られるようになるので、これは重要です」と Olinto 氏は言います。カットオフは、質量が約 800 GeV の重い暗黒物質粒子と一致していると、研究者は報告しています。
AMS の論文は、暗黒物質の消滅が陽電子の可能性のある説明の 1 つに過ぎないことを認めています。また、回転する中性子星であるパルサーなど、ありふれた天体からも発生する可能性があります。しかし、ティンはカットオフの急峻さを強調しています。 「カットオフも非常に速く進み、暗黒物質の衝突 [からの信号] に非常に似ています」と彼は言います。
3 つ目の可能性として、陽電子は宇宙線自体の相互作用から発生する可能性があります。超新星爆発の残骸から発生する宇宙線陽子は、星間空間の原子核に定期的に衝突し、陽電子を含む「二次」宇宙線を生成します。 AMS の研究者は、陽子の衝突が陽電子スペクトルに急激な減衰ではなく長い尾を生成するはずなので、信号のその説明を除外したと言います。しかし、アナーバーにあるミシガン大学の宇宙線物理学者である Greg Tarlé は、AMS データが陽電子のエネルギー スペクトルと陽子のエネルギー スペクトルとの間の明らかな類似性を明らかにしており、陽子が源であるという考えを支持していると述べています。 「陽電子が二次電子であるという最良の証拠を与えるのは、AMS データそのものです」とタルレは言います。
異常な陽電子過剰
宇宙線の専門家によると、陽電子過剰のすべての説明には重大な問題があるが、Ting は AMS がすべてを解決する可能性があると主張している。検出器は ISS の残りの寿命の間、おそらく 2024 年まで動作する可能性があります。その後、AMS チームは 2 倍のデータを取得し、暗黒物質のシナリオが予測するほど急激に陽電子スペクトルが降下するかどうかを判断するのに十分です、と Ting は言います。ユニバーシティ パークにあるペンシルバニア州立大学の物理学者であるステファン クトゥは、この意見に同意しません。データを 2 倍にすると誤差範囲はわずか 30% 縮小するだけで、問題を解決するには小さすぎると彼は言います。 「それらは基本的に完了しています」と Coutu 氏は言います。 「残りはユリに金メッキを施すことです。」
2018 年 5 月、連邦諮問委員会は同様の結論に達しました。 2017 年、ホワイトハウスは DOE の研究予算を 17% 削減することを提案しました。これに対応して、AMS の 450 万ドルの運営予算に資金を提供している DOE の高エネルギー物理学プログラムの関係者は、13 の進行中のプロジェクトをランク付けするためのレビューを行いました。 AMS は最後に並んだ。問題は実験そのものではなく、そのデータを解釈するための理論にあると、レビューを主導したニューヨーク州立大学ストーニーブルック校の物理学者ポール・グラニスは言う。理論上の不確実性は非常に大きいため、「データを改善するためにできることはほとんど影響を与えません」とグラニスは言います。最終的に、議会は 2018 年の高エネルギー物理予算を 10% 増額し、DOE 職員は AMS を削減する計画はないと述べています。
ティンはまた、別の驚愕の発見、重い反物質原子核の発見を待ち望んでいます。重陽子よりも重い反核（陽子と中性子）は宇宙線相互作用では作ることができず、反物質が支配する宇宙のある領域で発生しなければならないため、それは巨大です。 Ting は、AMS がいくつかの反ヘリウム核を捕捉したと主張しています。 Coutu は、反物質領域が存在しないことをすでに証明している証拠の山があると述べているため、未発表の信号は誤ったものであり、おそらく誤認されたヘリウム原子核によって生成されたものである.
反物質の主張も、未検証のままかもしれません。昨年の猶予にもかかわらず、AMS は不確かな将来に直面しています。主要な検出器コンポーネントを冷却するポンプを交換する必要があり、修正には 10 月に予定されている宇宙遊泳が必要です。 「大したことではありません」と Ting は言いますが、成功を保証するものではありません.
AMS が機能しなくなった場合、たとえそれが Ting の思い描いたものでなくても、優れた遺産を残すことになります。この検出器は、ヘリウム、ホウ素、ベリリウム、炭素などの原子核など、宇宙線に関する精巧なデータを収集しています。これらのデータは、科学者がこれらの通常の宇宙線を生成するものと、それらが宇宙をどのように移動するかを理解するのに役立ちます. 「彼らが作成している宇宙線データは素晴らしいです」と、しばしばティンの声の批評家であるタルレは言います。 「サムが DOE と NASA にそうするよう説得しなければ、実現しなかったでしょう。」
