物理学者は、暗黒物質がさまざまな種類の検出器に影響を与えるかどうか、星の光が曲がるかどうか、惑星のコアが熱くなるかどうか、岩に堆積するかどうかなど、単一の機会を逃さないように計画しています。
チャートオプション暗黒物質粒子の質量（クリック可能）
それ以来、1980年代のように、宇宙の質量の大部分は私たちには見えず、この「暗黒物質」は銀河を破壊から守り、宇宙全体の重力の出現によって形成する必要があることに同意しました 実験者はこれらの非発光粒子を探しました。
彼らは最初、弱く相互作用する巨大な粒子と呼ばれる、重くて遅い形の暗黒物質を探し始めました 。（弱く相互作用する巨大な粒子、WIMP）-弱虫。この初期の候補者は、失われた宇宙物質の役割の最も好ましい候補者の1つでした。彼は、粒子物理学とは別の別のパズルを解くことができました。何十年もの間、物理学者は、WIMPとの衝突後に発生する原子のまれなちらつきを捕らえることを望んで、結晶とエキゾチックな液体のマルチトンリザーバーの形でこれまで以上に大きなターゲットを構築してきました。
しかし、検出器は沈黙を守っており、物理学者はますます幅広い可能性について推測し始めています。スペクトルのより大規模な側面では、宇宙の目に見えない物質が凝集して、星から重さのある黒い穴を形成する可能性があると彼らは言い ます。もう一方の極端な例では、暗黒物質は、電子よりも数千兆兆倍軽い粒子の薄いかすみの中を移動する可能性があります。
新しい仮説は、新しい検出方法をもたらします。カリフォルニア工科大学の理論物理学者であるCatherineZurekは、現在のWIMP実験で何も見られない場合、「この分野の多くの研究はこれらの新しい実験に移行するだろう」と述べています。
そして、作業はすでに始まっています。ここに、ダークマターの探求における多くの新しいフロンティアのいくつかがあります。
電子とプロトンの間
WIMPには、ボウリングボールのように原子全体をノックダウンするのに十分な質量があります。しかし、暗黒物質がより軽い場合、いくつかの実験ではより軽いピンが用意されます。
プロトンよりも軽い暗黒物質粒子の小雨は、それらを含む原子から電子をノックアウトすることがあります。このような暗黒物質を捕捉するために特別に設計された最初の実験は、デジタルカメラに見られるものと同様の技術を使用するサブ電子ノイズスキッパーCCD実験装置（ SENSEI）です。物質の内部に現れる予期せず加速された電子からの信号を増幅します。
SENSEIプロトタイプをオンにして、10分の1グラムのシリコンを入れたところ、暗黒物質は検出されませんでした。それでも、2018年にチームが発表した結果では、 特定のモデルがすぐに除外されました。
「電源を入れるとすぐに、世界で最高の制約がありました」と 、オレゴン大学の物理学者でSENSEIチームのメンバーであるTien- TienYu氏は述べています。 「以前は制限がなかったからです。」
最近の結果SENSEI実験の2グラムバージョンはこれらの制限を拡大し、現在、Yuらは、干渉する宇宙線から離れて、カナダの地下研究所に10グラムバージョンを実装する準備をしています。他のグループは、同様の簡単に達成できる結果を目的とした、代替の低コストバージョンの実験を開発しています。
救済に向けて
暗黒物質がさらに軽い場合、または電荷の影響を受けにくい場合、電子をノックアウトすることはありません。ズレクは、そのような少量の彼女の存在でさえ粒子群の影響を受けることを可能にする方法をブレインストーミングしました。
スプリングが原子核であるマットレスの形のシリコンのブロックを想像してみてください。そのようなマットレスに小さなコインを投げると、Tsyurekは言います。そうすれば、どの泉もあまり動きません。しかし、コインは波を引き起こし、それが多くの泉を通過します。 2017年に、彼女は、暗黒物質によって引き起こされる同様の妨害が、システムをわずかに加熱する音波を生成する可能性があることを 示唆しました。
この道をたどるプロジェクトの1つ、 Tesseract、現在はカリフォルニア大学バークレー校の地下で働いています。彼は、SENSEIが探しているものと同じ重量の暗黒物質粒子によって生成された波を探します。ただし、実験の将来のバージョンでは、理論的には1000倍軽い粒子を検索できるようになります。
ただし、リリプティアンの可能性は他にもあります。暗黒物質は軸、粒子で構成されている ため、粒子よりも波のように見えます。それはまた、強力な核力の謎を解決するでしょう 。最近、Axion Dark Matter Experiment（ ADMX）は、強力な磁場で光子のペアに崩壊する軸を探し始めました。他のいくつかの同様の実験が機能し始めています。
いくつかの実験は、さらに軽い粒子を対象としています。暗黒物質粒子が理論的に持つことができる最小の質量は、電子の質量の1000兆兆分の1です。それは、エネルギー波が非常に低く、波長が小さな銀河の直径に匹敵する粒子になります。重量の少ない粒子でさえ、宇宙にまみれすぎて、銀河が崩壊しない理由を説明できませんでした。
上からのヒント
一部の実験者は、暗黒物質との直接接触を確立することを目的として次世代のデバイスを準備していますが、他の実験者は、暗黒物質の間接的な兆候を探して天を梳く計画を立てています。
銀河と星は、目に見える物質を重力で引っ張る巨大な暗黒物質の雲を作り出すと信じられています。ただし、暗黒物質の小さなクラスターがある場合、これを行うことはできません。これらのささやかな塊は完全に暗くなりますが、それでも通過する星の光を曲げます。ある研究者グループは、現在稼働中のガイア宇宙望遠鏡からのデータで、暗黒物質の塊によるこの星の光の「レンズ化」の兆候を探し てい ます。
「暗い構造物が私たちの銀河の中を移動しています」と、オレゴン大学の物理学者でグループのメンバーの1人であるAnna-MariaTakiは言い ました。 「彼らが動くとき、彼らは光源の位置、動きと軌道をゆがめます。」 9月に発表された
予備的な結果は、そのような構造の存在を示さず、その質量は1億太陽を超えるでしょう。研究者たちは、より小さな雲を見つけることができるより大きなデータベースを持つことを望んでいます。そして、これらの架空の構造のサイズと形状に基づいて、科学者はすでに暗黒物質粒子が互いにどのように相互作用するかを理解することができます。
他の研究者は、検索のために急速に増加しているエキソプラネットのカタログに対応する方法を考え出しました。 「これらのものの十億がありますが、」言った レベッカ林、粒子SLAC国立加速器研究所の物理学者との共著 9月提案が。
ミルキーウェイを通過する惑星は、そのコアに暗黒物質を蓄積する可能性があるという考えです。この暗黒物質の粒子は、それらの反粒子で消滅し、惑星を加熱します。銀河の中心に近いエキソプラネットは、より密度の高い暗い物質のクラスターを通過するため、赤外線範囲でより明るく輝くはずです。Linらは、将来のJames Webb Space Telescopeが数千のエキソプラネットの温度を測定できる場合、そのようなデータセットでは、質量が電子とプロトンの間の範囲にある暗黒物質粒子の消滅の兆候を考慮することができると計算しました。
ダークマターはいたるところにあります
ウィンプは衰退しているかもしれませんが、まだ完全に放棄されていません。来年3月、イタリアのグランサッソ国立研究所は、4トンのキセノンタンクを使った実験を開始し ます。韓国のチームCosine-100は、DAMAのGranSassoでの別の実験の参加者による物議を醸す主張をテストしたいと考えてい ます。後者では、ヨウ化ナトリウム結晶の配列が、地球が通過する暗黒物質の「風」のさまざまな側面を置いたときに発生するはずのデータの季節変化の種類を正確に記録しました。 「彼らには毎年の調整がありますが、それは間違いありません。しかし、それはどこから来たのですか？」テキサス大学オースティン校の天体物理学者、キャサリン・フライズは言った 。 「これは理解できません。」
Friesの計算は、WIMP実験の時代を開始するのに役立ちました。今、彼女はこれらの粒子を見つけるための新しいアイデアを持っています。 2018年に、彼女は弱虫が数キロメートルの深さの岩に含まれている可能性があることを提案し、彼女は最近それらを発掘する提案に参加しました。
多くの物理学者は、暗黒物質が無関心であり、遍在することを期待しています。彼らが目に見えないものを感知するのに十分な方法を考えることができれば、その目に見えない影響はどこにでも現れる可能性があります。これらの方法には、さまざまな種類の検出器のキャプチャ、星の光の歪み、惑星のコアの加熱、さらには岩石への蓄積が含まれます。
「何でも暗黒物質検出器になることができます」とLinは言いました。 「あなたはそれを使う方法を理解するのに十分創造的である必要があるだけです。」