科学者達による、6つのダークマターのことかもしれないこと

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科学者達による、6つのダークマターのことかもしれないこと

(図 Abstract Pixabay by Merlin Lightpainting)

　6つのこと

ウィンプ(WIMP)

ウィンプズィラ(WIMPZilla)

マッチョ(MACHO)

アクシオン(Axion)

グラビティーノ(Gravitino)

ダークモノポール(Dark Monopoles)

宇宙を構成するものとして、あなたとあなたが知っている総てのもの－スパチュラ(spatulas)、セグウェイ(Segways)、超新星、他－は、少数派です。宇宙の5パーセントだけが「通常の」物質、または私達が見て確認できるもので構成されています。遥かに大きな部分は、ダークマター(dark matter)で構成されています：それは、その重力によってしか検出できないミステリアスな物質です。私達が知っている宇宙の総ては、量子粒子に分解でき、(ほとんどの)科学者達はダークマターも違わないと考えています。彼らは、ダークマターの粒子を見つけるだけです。以下は、その役割にノミネートされた6つの候補者を以下に示します。そのうちの一部のものは、他のものよりも説得力があります。

ウィンプ(WIMP)

ビッグバン(Big Bang)の後のほんの一瞬、宇宙は白熱したカオス(chaos)でした：新しい粒子とその反粒子(antiparticles)が絶えず創られ、破壊されていました。宇宙が膨張して冷却されると、新しい粒子が存在しなくなりました。そして、既存の粒子の多くは、反粒子で消滅したか、またはより軽くより安定した粒子(d)に崩壊しました。

(d) The 'WIMP Miracle' Hope For Dark Matter Is Dead | Forbs

もしも最も軽い粒子が安定し中性だったのならば、それはカオスを生き延び、今日まで宇宙を満たしていたでしょう。それが、弱い相互作用の大粒子、またはウインプ(weakly interacting massive particle、WIMP)の背後にある考え方です。「弱い」は掘り出し物ではありません－具体的には、弱い力を指し、これは強い力、電磁力、重力に加えて、宇宙の4つの基本的な力の1つです。この粒子は、重力と弱い力によってのみ他の粒子と相互作用します－電磁力ではありません、これが、私達がそれを見ることができない理由です。ウインプ(WIMP)が存在する場合、モデルは、それらが通常のマター[物質]の5倍豊富(f)でなければならないことを明示しており、これは、科学者達がそこにいると考えるダークマターの量と並びます。しかし、この理論上の粒子を検出するために実施した総ての実験は失敗し、この時点までに、ほとんどの研究者達はそれを否定しています(g)。

(f) From MACHOs to WIMPs: meet the top five candidates for ‘dark matter’ | TheConversation
(g) The 'WIMP Miracle' Hope For Dark Matter Is Dead | Forbs

ウィンプズィラ(WIMPZilla)

しかしながら、最軽量で安定した粒子だけがぶら下がる代わりに、一部の不安定な超重粒子が、代わりに消滅または崩壊するのに (例えば、宇宙の寿命よりも長い) 本当に長い時間がかかりました。この理論上の粒子はウインプ(WIMP)の100億倍の質量(h)になる故に、ウインプズィラ(WIMPzilla)(i)として知られています。ウインプ(WIMP)の検出はほぼ不可能ですが、ウィンプズィラ(WIMPzillas)はこの瞬間に宇宙線(cosmic rays)の形で私達の惑星に影響を及ぼしているかもしれません－そして科学者達は、この候補粒子を見つけることができるかを確認するために、これらの高エネルギー・ビームの研究に懸命に取り組んでいます。

(h) Wimpzillas leave tracks say astronomers | NewScientist
(i) WIMPZILLAS! | Arxiv

マッチョ(MACHO)

偶然ではないほど便利な対照的な頭字語でマッチョ(MACHO)、または、巨大な天体物理学のコンパクトなハロー・オブジェクト(massive astrophysical compact halo object)(j)は、基本的にウインプ(WIMP)の反対です。マッチョ(MACHO)は、通常の物質から作られた巨大で暗いもので、非放射性の中性子星、白色矮星(dwarfs)、または惑星です。ここでのアイデアは、これらの巨大な天体は望遠鏡で検出するには暗すぎますが、それでも周囲の物質に引力をかけ、宇宙に見えないダークマターのような力がそこにあるように見えるだろうことです。しかし、ウインプ(WIMP)と同様で、研究は宇宙に対するマッチョ(MACHO)の影響についての予測をテストしていましたが、それらは不足しています(k)。

(j) WIMPs and MACHOs | CalTech
(k) MACHOs may be out of the running as a dark matter candidate | Astronomy

アクシオン(Axion)

ウインプ(WIMP)とマッチョ(MACHO)は、スペクトルの両端に存在するかもしれませんが、しかしアクシオン(Axion)はそれ自身の所にあります。このゆっくり動く粒子はウインプ(WIMP)よりも軽く、他の物質と弱く相互作用しますが、光子に崩壊する可能性もあります－私達は、その崩壊を検出できるかもしれません。さらに、アクシオンがダークマターであるならば、それらは極めて特定の質量範囲にだけ(l)存在できるだろうことから、それらをテストするための実験の設計をさらに容易にします。超新星や太陽のような恒星はこれらの粒子を生成するはずで、科学者達はこれらの天体を使用してそれらを検出しようとしています。

(l) If dark matter is really axions, we could find out soon | ArsTechnica

グラビティーノ(Gravitino)

グラビティーノ(Gravitino)は理論上の粒子です。それは別の理論上のパートナーのパートナーになるはずで、物事の壮大なスキーム[計画]ではそれを超大型の理論にします。この粒子は、一般相対性理論と超対称性(supersymmetry)と呼ばれる原理を組み合わせた理論により予測されています。超対称性は、科学的に一般的なアイデアで、それは本質的に力の方程式と物質の方程式を同一にします(m)。超対称性はこう言っています。光子(photons、光の粒子)や重力子(gravitons、重力の理論的な粒子)など、総てのボソン(boson)粒子には、予測可能な方法でその粒子とは異なる「スーパーパートナー」－この例では、フォティーノ(photino)とグラビティーノ(gravitino) －があります。一部のモデルでは、このグラビティーノはダークマターを説明できます(f)。

(m) What is Supersymmetry?

(5:49)　2013/05/13

ダークモノポール(Dark Monopoles)

このように言う理論もあります。ダークマターに加えて、ダークフォトン(dark photons)[ダーク光子]やダークエレクトロン(dark photons)[ダーク電子]のような他のダークパーティクル(dark particles)[ダーク粒子]を含む電磁気学のダークフォーム(dark form)[ダーク記述](o)もなければなりません。最近の論文で、カリフォルニア大学デイビス校(University of California, Davis)の2人の研究者(p)は、これらのダークパーティクルと相互作用できる新しい粒子を提案しています：ダークモノポール(dark monopole)[ダーク磁気単極子]。モノポールは、磁石の一端のように作用する理論上の粒子で、チームは、ダークモノポールがダークマターの新しい候補になるかもしれません、と言います。さらに良いことに、それは検出可能です；もしもダークモノポールがダークエレクトロンと相互作用するならば、それらはまた、遭遇する通常の電子も混乱させるかもしれません。私達には、このような小さな相互作用を検出する技術はまだありませんが、私達はいつかはそうなるかもしれません。