謎の暗黒物質の粒子を探している物理学者からの今日の発表は、誇大宣伝の嵐を巻き起こしました — チームは実際にはまだ何も発見していないと言っています.
XENON の共同研究に取り組んでいる物理学者は、オンライン シンポジウムで、太陽から来るアクシオンと呼ばれる新しい粒子の兆候である可能性のある数十の奇妙なイベントを見たと報告しました。または、ニュートリノと呼ばれる一般的な粒子が予想以上に磁気的であるという証拠.または検出器内の汚染の結果。または単なる統計的なまぐれです。
「私たちが言っているのは、私たちの検出器には誰も予想していなかった何かがあり、現時点ではそれが実際に何であるかを誰も知らないということです」とパデュー大学の物理学者で XENON チームメンバーの Rafael Lang は言います。
新しい粒子や予想外の現象は、何十年もの間、標準モデルによって予測されていないものを発見していない素粒子物理学者を興奮させるでしょう.しかし、暗黒物質の探索の歴史には、興味をそそるヒントが注目を集め、その後データが増えて消えてなくなったという話がたくさんあるため、他の実験者は慎重に反応しています。これらの誤った信号のほとんどは、XENON からの新しい信号とまったく同じでした。検出器が機能し始めるしきい値のすぐ上のエネルギーでの説明できないイベントのクラッチです。 「しきい値領域は特徴付けが最も困難です」と物理学者であり、シカゴ大学のダークマター ハンターである Juan Collar は言います。 「私たちは皆、そのことで何百万回も火傷を負ってきました。」
2006 年以来、XENON チームは、イタリアの地下にあるグラン サッソ国立研究所に、これまで以上に大きな一連の検出器を構築してきました。暗黒物質は、すべての銀河に浸透し、銀河が渦巻くのを防ぐために必要な重力を提供すると考えられている未確認物質です。科学者たちは、弱相互作用質量粒子 (WIMP) と呼ばれる仮説上の暗黒物質粒子を監視しています。この粒子は、極寒の液体キセノンのタンク内で原子核と時折衝突し、明確な閃光を生成する可能性がありますが、これまでのところ成功していません。
しかし、検出器は、キセノン原子の電子から跳ね返る質量の小さい粒子も識別できます。 1 トンの液体キセノンを含み、2016 年後半から昨年まで実行された XENON1T 検出器の 3 回目の反復を使用すると、研究者は、特定のエネルギー領域で 285 のそのような電子の反動が見られましたが、232 と予想されていました。シカゴ大学はシンポジウムで報告した。 53 イベントの超過は、物理学者が好む単位では、予想されるバックグラウンド レベルを 3.5 標準偏差上回っており、発見を主張するには不十分ですが、眉をひそめるには十分です。
電子に衝突したものが何であれ、粒子は軽すぎて標準的な WIMP にはなりませんでした。実際、詳細な分析によると、それらはアクシオンと呼ばれる別の仮想粒子であり、強力な核力の理論の問題を解決するために発明された可能性があることが示唆されています。 XENON1T からの信号を説明するには、これらのアクシオンの重さを数電子ボルトにする必要があります。皮肉なことに、重いアクシオンは暗黒物質を説明できませんでした。なぜなら、アクシオンの質量とビッグバンからどれだけ残ることができるかの間に理論的なトレードオフがあるからです。しかし、それらは太陽の核相互作用から来る可能性があります。あるいは、過剰な事象は、ニュートリノと呼ばれるよく知られている粒子によって生成された可能性があります.ニュートリノは、標準的な理論が予測するよりも磁気が強い場合、太陽から数兆個流れ出します.
その後、一連の警告が表示されます。アクシオン仮説とニュートリノ仮説はどちらも、星の振る舞いに関する特定の天体物理学的観測と衝突するだろう、と Shockley は指摘した。さらに、すべてのイベントは、検出器のしきい値のすぐ上にある 2.4 キロ電子ボルトのエネルギーでクラスター化されています。物理学者であり、ブラウン大学の暗黒物質ハンターでもある Richard Gaitskell は、しきい値で正確なカウントを行うことは非常に難しいことで知られています。検出器のしきい値のモデル化におけるわずか 10% の誤差が信号の原因である可能性があると彼は言いますが、XENON チームは検出器のキャリブレーションを適切に行ったようだと付け加えています。
おそらく最も重要なことは、暗黒物質ハンターによく知られているありふれたソース、つまり検出器内のトリチウム汚染から信号が来る可能性があることです。水素の放射性同位体であるトリチウムは、電子を吐き出すことによって崩壊し、イベントを偽造する可能性があります。そしてそれは、高エネルギーの宇宙線によって周囲の岩石から取り除かれた中性子によって、検出器自体の中で生成されると、カラーは説明します。中性子はキセノン内の原子核を破壊してトリチウムを生成します。キセノン 1 キログラムあたりわずか 3 個のトリチウム原子で信号を生成するのに十分である、と Shockley は言います。 XENON の研究者は、そのレベルでのトリチウム汚染を排除することはできませんが、彼らのフィルター システムはそれをはるかに低く抑えていると考えています。
その事実だけでも、エキゾチックな粒子のケースに冷水を注ぐとゲイツケルは言います。 「それは、他のより風変わりなシナリオがリストのトップに上がらないことを意味します」と彼は言います.
明快さはすぐに来るかもしれません。 XENON の研究者は、数トンの液体を含む検出器 XENONnT のより大きなバージョンを既に試運転しています。また、米国の Gaitskell らは、同じくらい大きな液体キセノン検出器の開発に取り組んでいます。これらの検出器も何かを検出した場合、エキゾチックな粒子の証拠が強化されます。しかし、歴史が指針となるなら、興味をそそるシグナルは薄れていくでしょう。
*訂正、6 月 18 日午後 12 時 35 分: このストーリーは、観測された可能性のあるアクシオンの適切な質量を反映するように変更されました.
