暗黒物質の最初の直接探索から 30 年が経過しました。これは、もともと別の目的で構築された粒子検出器からのデータを再利用するささやかな試みでした。この研究は、理論物理学者のマーク・グッドマンとエドワード・ウィッテンによる提案への迅速な対応であり、核の反動を介して暗黒物質を検出する可能性に注意を喚起した.提案された実験的アプローチは、目に見えないキューボールでビリヤードをすることに似ています。色付きのビリヤード ボール (検出器の本体にある原子核) が明確な理由もなく突然向きを変えた場合、直接見ることができない何か (暗黒物質粒子) にぶつかったに違いないことがわかります。 /P>
仮想的なキュー ボールは、Weakly Interacting Massive Particles の WIMPs という 1 つの機知に富んだ名称の下にまとめられました。このかなり一般的な用語は、既知の粒子のリフラフによって好まれる相互作用の他のメカニズムに参加せずに、核反跳を生成できるすべての新しい粒子を含みます。実験者は、これらの核の反動を探すために多数の独創的な技術を提案し、実装しました。この実験は、核反動から発生する信号のみを受け入れ、他のすべての形態の相互作用を拒否するスマートな新しい方法を実行に移しました。
アクシオン様粒子 (ALPS) の個別の検索を除いて、ダークマター ハンターは主に WIMP の検出に集中してきました。この献身は、微視的なビリヤードのゲームへの不健康な執着によるものではありません。たとえば、粒子相互作用の標準モデルの超対称拡張によって、WIMP が自然に生成されます。常識的には、確固たる理論的動機を享受している暗黒物質の候補を最初に探すべきである.
それはすべて非常に理にかなっていますが、1 つだけ問題があります。それは機能していません。 WIMP の高い塔への 30 年間の攻撃の後、明確な証拠が得られた実験はありません。
暗黒物質探索と加速器実験の両方からの否定的な結果の組み合わせにより、宇宙論的に関連する WIMP を生み出すことができる超対称モデルの漸進的な減少がもたらされました。おそらくこれに対する反応として、理論家たちは代替案を精力的に探求してきました。ここ数年、核の反動を介して相互作用する「バニラ」の中質量WIMPに代わるものに対する理論的関心の高まりを目の当たりにしました。この一連の活動の中で、しばしば重複する 2 つのテーマが見分けられます。1 つは、現在の検出器の感度を超える信号を生成する運動量が小さいために不可能な、より軽い質量の粒子、および核の反動以外の相互作用メカニズムの調査です。この関心の変化は、エドワード・ウィッテンと彼の現代の共謀者によって支持された最後の暗黒物質候補によって説明することができます:その波長が典型的な銀河の直径を伸ばすほど軽い粒子.
しかし、実験主義者はまだやり方を変えていません。私自身も実験主義者として話します。私たちは、憶測の雲に浮かぶ理論家の友人とは異なり、足を地面にしっかりと植えた人々であると考えられています。しかし、暗黒物質に関しては、自然が私たちに語っていることを受け入れるのに苦労しているかもしれません.実際、私たちのほとんどは、単調に増加する割合で 900 近くの引用を集めた Goodman と Witten による論文から今でもヒントを得ています。
残念なことに、WIMP検出器の次の、そしておそらく最終世代への実験コミュニティの多額の投資は、進行中の現象論的問題に対応して実行される主要な検索ではなく、一種の慣性をもたらしました.実験主義者は、理論上の対応者よりも忍耐強いですか?もっと狭量？この落ち着きのなさは時期尚早ですか？宇宙の大計画における30年とは何ですか?結局、James Chadwick が中性子を発見するのに 10 年以上の実験が必要でした.
これらの質問への答えは多面的であり、現代の科学の進歩の激動を支配する複雑なダイナミクスの良い例です.明白なことを挙げることから始めることができます:良い実験を構築し、それらを機能させるには、かなりの時間と労力がかかります.物理学が実験科学である限り、この生命の事実は、理論的な入力に対する応答時間を鈍らせます。 ADHD は、適切にチャネリングされた場合、新進の理論家の影響を増強するのに役立ちます。若い実験者の同じ症候群は、確実に、非常に短いキャリアにつながります:私たちは始めたことを終わらせることが期待されています.
しかし、実験家が責任を認めるべきである、より健康的ではない別のダイナミクスが働いています。創造性と発明の余地が十分にある小さな実験の分野として始まったものは、高エネルギー物理学で最初に発見された病気に感染しています.実験の規模と複雑さが増すにつれて、オリジナリティを感じさせるものへの道はほとんどありません。機械の忠実な歯車であり続け、明確に定義された部分を実行すれば、運が良ければ報われるでしょう。その結果、暗黒物質検出への新しいアプローチを提案する必要がある人、より良いネズミ捕りを構築する方法についてより深い感覚を持つ楽器奏者は、彼らの最高の年が曖昧に過ぎていくのを見ています.この悲しい傾向がなかったとしても、利用可能なわずかな資金が継続的な WIMP 検索に完全にコミットしているときに、若い起業家精神がどれだけの資金にアクセスできるか疑問に思う人がいます.
最近、暗黒物質探索への参加を検討している学生が私に近づいてきたとき、私は 2 つの考えられるシナリオを説明します。最初に、WIMP が次世代検出器の到達範囲内で発見され、ダークマター精密研究の「黄金時代」に移行します。豊富な資金と雇用の安定が必要ですが、スリルはほとんどなくなりました。私が学生で、このパーティーに到着するのが少し遅すぎると言われたら、これは非常に退屈な見通しであり、私はそれを正確に伝えようとします.もう 1 つのシナリオは黙示録的なものであり、したがって、はるかに満足のいくものです。これらの検出器では何も検出されず、LHC は超対称性への残りの関心を清算し (少なくとも合理的な人にとっては)、大規模な WIMP 検索は、支配的な大統一理論が崩壊した数年前に、地下の陽子崩壊の努力に道を譲りました。時代遅れ、つまり忘却へ。
WIMP の目隠しが取り除かれたこれらの灰から、私たちは再編成と再訓練を行い、よりバランスの取れた取り組みのポートフォリオを考え出し、粒子暗黒物質が取りうる多くの装いによりよく対応します。数十年前に事前に実行されていたはずの、より単純な検索が適切な順序で行われていました。私たちが教訓を学べば、前述の理論的偏見、しばしば悪意のある「常識」を排除し、代わりに、ダークセクターからの想像可能な相互作用のモードに敏感な新しい手段の開発に集中することになります.期待するしかありません。
フアン・カラーは、シカゴ大学のカブリ宇宙論研究所の教授です。
リード画像クレジット:ESO
この記事は最初に公開されました Nautilus Cosmos 2017 年 2 月。
