2 つの主要な可能性は、彼らによって知られている仮説的な粒子です。 超軽量 アクション そして 暗い光子。研究者らが調べた質量範囲では、これらの粒子は非常に軽く、電子より約 19 ～ 21 度軽いと考えられます。

地球を巨大な暗黒物質検出器に変える

伝統的なアクシオン実験の多くは、研究室内で非常に強い磁場に光子をさらすことで光子を光子に変換しようとします。問題は規模だ。実験室用の強力な磁石でも、比較的狭い範囲しかカバーできません。

京都大学、広島大学、日本大学の研究者らは、この制限を克服する方法を発見しました。彼らは、実験装置のみに依存するのではなく、地球自体の磁気環境を実験の一部として使用できないかどうかを検討しました。

「私たちは、地球そのものを探索の巨大な探知機として利用できないかと自問しました」と筆頭著者の樽谷篤氏は言う。 「地球の電離層は自然共振器として機能し、調査したい質量範囲の周囲の電磁波を増幅します。」

地球の表面と電離層の間の領域は、大きな真空のように自然に電磁波に同調できます。これにより、チームが調査したい超軽量粒子に関連する信号を探すのに特に役立ちました。

検索をより高い周波数まで拡張する

1 つの障害は、以前の理論では 1 Hz 未満の周波数しか確実に説明できなかったことです。この潜在的に有用な周波数範囲はほとんど解明されていません。

この問題を解決するために、研究者たちは大気の電気伝導率を含む新しい理論的根拠を開発しました。彼らの計算では、地球の電離層の空洞が 8 Hz 付近の信号を増幅する可能性があり、約 30 Hz までの信頼性の高い予測が可能であることが示されました。

このモデルは、2 つの暗黒物質候補間の重要な違いも予測しました。アクシオンによって生成される信号は場所によって異なるはずで、東南アジアで最も強いと予想されます。対照的に、暗い光子信号は世界中でほぼ同じ強度で現れるはずです。

10 年にわたる磁気データのテスト

このフレームワークを使用して、チームは英国地質調査所のエスクデールミュア天文台によって 2012 年から 2022 年まで収集された約 10 年間の地磁気測定値を調査しました。

研究者らはまず、データから人工的なノイズ源を削除しました。その後、暗黒物質が長期間にわたって存在すると予想される非常に狭い周波数範囲に安定した信号が集中していることを発見した。次に、結果を統計分析に供しました。

同じ理論的アプローチが暗い光子にも適用されました。アクシオンとは異なり、暗黒光子は磁場が存在しない場合でも電磁波を生成する可能性があるため、研究者らはこれらの粒子が作成する必要があるさまざまな痕跡をデータセットから検索しました。

強い制約と謎の信号候補

研究者らは、地球全体を一定範囲の軸索質量の検出器として効果的に利用することで、軸索が光と相互作用する仕組みに新たな限界を設けた。

これらの制限は、地上実験で得られたこれまでの最良の結果よりも約 100 倍厳しいものでした。これらの天体物理限界は理論上の仮定に依存しますが、チャンドラや NuSTAR などの天文台による天体物理学 X 線観測から得られる限界とも競合します。

暗い光子の探索では、特に興味深い結果が得られました。研究者らは、暗黒物質起源の可能性のある信号の候補をいくつか特定した。しかし、これらの信号の発生源は不明のままであり、暗黒物質の証拠としては確認されていません。

そのため、暗黒物質の正体は未解明のままです。しかし、新しい理論的枠組みは、研究者に将来の調査を拡大し、可能な限り最も軽い形態の暗黒物質のいくつかを調査するツールとして地球の自然の電磁環境を使用するための強力な方法を提供する可能性がある。