科学的な再利用の偉業として、物理学者のチームは、重力波 (たとえば、2 つのブラック ホールの衝突によって引き起こされる空間と時間のつかの間の波紋) を感知するように設計された検出器を使用して、さらにとらえどころのない暗いものを探しました。案件。研究者たちは、彼らが探していた特定の仮想粒子の兆候を発見できませんでしたが、この実験は、宇宙の物質の 80% を構成すると考えられている謎の物質である暗黒物質を特定する探求において、新しいフロンティアと新しいツールの出現を強調しています。 .
ローレンス・バークレー国立研究所の量子情報科学者であるダニエル・カーニーは、「これは、既存の検出器を二次的な目的に使用する方法の良い例です」と述べています。ノースウェスタン大学の重力波物理学者である Nancy Aggarwal 氏は、「このアイデアはしばらく前から存在していたので、実装されたのを見るのは素晴らしいことです」と述べています。
天体物理学者は、銀河が暗黒物質で満たされていると信じる多くの理由を持っています。たとえば、渦巻銀河内の星は、自身の重力で保持するには速すぎるため、目に見えない暗黒物質の重力がそれらを制御していることを示唆しています。何十年もの間、多くの理論家はそれが陽子の約 100 倍の重さの弱相互作用質量粒子 (WIMP) で構成され、いわゆる弱い力によって原子核と時折相互作用する可能性があると考えてきました。しかし、これまで以上に感度の高い検出器が原子核から跳ね返る WIMP を検出できないため、実験者は質量範囲がより高いおよびより低い他の仮想粒子をターゲットにし始めています。
現在、物理学者は、ドイツのハノーバー近くにある重力波検出器 GEO600 を使用して、1 種類の超軽量粒子を探しています。カーディフ大学の実験物理学者であり、GEO600 共同研究のメンバーである Hartmut Grote は、次のように述べています。 「実験に触れる必要はありませんでした。」より大型の重力波検出器のテスト ベッドである GEO600 は、干渉計と呼ばれる大型の L 字型の光学機器です。その内部では、半反射ミラー、またはビーム スプリッターがレーザー ビームの半分を L の 600 メートルの長さのアームのそれぞれに送ります。アームの端にあるミラーの間を行ったり来たりした後、光波はそれらが干渉するビームスプリッター。光が干渉計から流出するかどうかは、アームの相対的な長さに依存します。通過する重力波は通常、アームをさまざまな量だけ引き伸ばし、検出器から信号を振動させます。
スカラーと呼ばれる超軽量粒子で構成される暗黒物質も、GEO600 のような干渉計で信号を生成できると Grote 氏は言います。粒子の質量は陽子の 100 分の 1 未満であり、原子核で跳ね返って信号を生成するには小さすぎます。しかし、暗黒物質の重力効果を生み出すには、膨大な数の粒子を空間の立方センチメートルごとに詰め込む必要があります。量子力学によれば、このような軽量の粒子は、粒子のようではなく波のように振る舞い、波長は何キロメートルにもわたります。地球に浸透するそれらの大群は、1 つの大きな重なり合う波を形成するはずです。
その暗黒物質の波が干渉計を通過すると、干渉計内のすべての物体が非常にわずかに膨張および収縮する可能性があると Grote 氏は言います。デバイスが完全に対称である場合、そのズキズキは何の影響もありません。ただし、干渉計の一方のアームの光はビーム スプリッターの表面で反射し、もう一方のアームの光はビーム スプリッターを通過します。この重要な違いにより、ビーム スプリッター自体が伸縮すると、光検出器が信号を検出します。重力波が短命のチャープを生成するのに対し、Grote は、常に存在する暗黒物質の波は、暗黒物質の粒子の質量によって設定された周波数で安定したハムを生成するはずだと言います。
3 年間にわたって収集されたデータの 7 日間のトランシェで、研究者は 1000 以上の比較的安定したシグナルを確認しました。しかし、それらはすべて検出器内の振動と電子ノイズによるものであると結論付けました。たとえば、それらの周波数と振幅は実行ごとに変化したためです。暗黒物質粒子の質量は一定であるため、その信号は安定しているだろう、と Grote は言う。実行可能な信号がなかったため、チームは超軽量の暗黒物質粒子が通常の物質と相互作用できる強度に制限を設けることができた、と彼らは今日 Nature に報告している。 .
では、これは暗黒物質の性質を突き止める上で大きな前進でしょうか?必ずしもそうとは限りません、とカーニーは言います。 WIMP と比較して、この理論は超軽量スカラー暗黒物質が存在する説得力のある理由を提供していないと彼は言います。 「この [アイデア] は、『まぁ、なんでも許されるなら、これかもしれない』というようなものです。」
それにもかかわらず、WIMP の検索が空になると、物理学者はより多くの選択肢を模索していると Aggarwal は言います。 「これは、暗黒物質に対してより広いネットをキャストするための一種の新しいパラダイムです」と彼女は言います. Grote は、物理学者は大騒ぎすることなく、将来の重力波検出器の設計を微調整して、超軽量暗黒物質にも敏感になるようにすることができると述べています。
