物理学者たちは暗黒物質の世界的な探索を行ってきました。文字通り、彼らは地球そのものを巨大な探知機に変えました。

さらに奇妙なことに、この実験では、暗黒物質を構成する可能性のある特定の種類の仮説粒子の予測に適合する数十の候補信号が検出されました。

これらの信号はまだ検証が必要であり、暗黒物質粒子になる前に他の信号である可能性がたくさんあります。しかし、これは、最も気が遠くなるような宇宙論的パズルの 1 つに対する、いくつかの興味深い新しい手がかりを備えた賢い実験です。

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宇宙には私たちが目にできる以上のものがあることを示す証拠がたくさんあります。目に見える物質が宇宙にどのように広がり、移動するかについての私たちのモデルは、現実世界での実際の分布や動きと完全には一致しません。

物理学者は、そこには目に見えない物質の領域全体が存在し、その質量が私たちが目に見える物質に寄与して、観察された重力効果を生み出しているのではないかと考えています。光を反射したり発光したりしないため、科学者はこれに「暗黒物質」という刺激的な名前を付けました。

しかし、モデルのギャップを特定することと、それを埋めることは別のことです。そしてこの場合、さまざまな特性を持つさまざまなプラグが候補として存在します。

最も有望な候補の 1 つは、アクシオンとして知られているものです。これらの粒子は、素粒子物理学の別の問題を解決するために 1970 年代に初めて提案されましたが、物理学者はすぐに、これらの粒子が特定の質量範囲内に存在すれば、暗黒物質の穴も塞げる可能性があることに気づきました。

他の多くの暗黒物質候補とは異なり、アクシオンは電磁力と相互作用すると予測されており、これがそれらを明らかにするものになる可能性があります。

モデルによると、アクシオンは強い磁場で光子に崩壊することがあります。そのため、天文学者たちは中性子星や超新星周辺の痕跡を求めて宇宙を探索してきました。

しかし、日本の物理学者による最近の一連の論文によると、私たちはより身近なところを調べることができるかもしれません。

「私たちは、地球自体を探索の巨大な検出器として使用できないかと考えました」と、4つの論文の著者である理論物理学者の樽谷淳氏は言う。

「地球の電離層空洞は、私たちが調査したい質量範囲の周囲の電磁波を増幅する自然共振器として機能します。」

これを解明するために、研究者らは、英国地質調査所が2012年から2022年にかけて収集した地球の磁場に関するデータを分析した。アクシオンが実際に惑星上空を洗い流しているのであれば、アクシオンは地表と電離層の間で共鳴し、粒子の質量に対応する周波数で電磁波を発生させるはずだとチームは仮説を立てた。

これまでの数十年にわたる研究ではアクシオン質量の可能性が狭く制限されていたため、研究者らはこの狭い範囲内の信号を検出するためにこの10年分のデータの価値をテストした。

背景ノイズを考慮した後、チームは 65 のアクション信号の候補を特定しました。統計フィルターを強化した後でも、依然として 25 人の候補者が残っていました。

しかし、この技術で検出できる暗黒物質の候補はアクシオンだけではない。もう 1 つの候補はダークフォトンで、標準モデルを超えた影の領域の力の伝達者であると考えられています。

私たちがよく知っている通常の光子とは異なり、暗黒光子は質量を持ち、アクシオンと同様の方法で磁場と相互作用することができます。

追跡研究で、チームは同様の方法を使用して、同じデータ内の暗い光子の信号を探しました。

そして再び、研究者らは候補信号を報告しています。より緩やかな基準を使用すると最大 342 個でしたが、より厳密な信号対雑音比では 31 個に減りました。

ただし、問題は、この方法では現在のデータではダークフォトン信号とアクシオン信号を区別できないことです。主な違いの 1 つは、アクシオンは地球の磁場に依存して信号を生成するのに対し、ダークフォトンは信号の有無にかかわらず信号を生成することです。

これにより、どのような形態の暗黒物質 (存在する場合) が地球上を流れているかをテストする方法が開かれます。信号が地球上のどこでもまったく同じに見える場合、それは暗い光子を示しています。

ただし、信号強度が場所によって異なる場合は、アクシオンである可能性が高くなります。これは、地球の磁場の強さが場所によって異なるためです。研究者らは、これはアクシオン信号が地球の極近くで弱まり、東南アジアで強くなるということを意味するはずだと述べている。

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残念ながら、データは英国の単一の天文台から収集されたものであるため、研究チームはそのような世界的な視点を得ることができません。しかし、他の実験の将来の研究は、暗黒物質をさらに解明するのに役立つ可能性があります。

アクシオンに関する 3 つの論文はすべてジャーナルに掲載されました 理論物理学と実験物理学の進歩一方、暗黒光子の研究は、 身体検査D。