宇宙ステーションの巨大な反物質磁石が謎の粒子を大量に発見

地球のすぐ近くの宇宙空間には、説明できる以上の量の高エネルギー反物質粒子があふれている。これらの過剰な陽電子は、負に帯電した電子の鏡像であり、暗黒物質のシグナルなのかもしれない。

しかし、そうではないかもしれないし、今のところ科学者も確信は持てない。しかし、陽電子過剰のニュースは、史上最大かつ最も費用のかかる物理学実験の 1 つであるアルファ磁気分光計からの朗報である。地球上空約 220 マイルを飛行する国際宇宙ステーションに設置された AMS は、宇宙学者が暗黒物質の成分を説明するのに役立ちそうなところだ。

現時点での一番のニュースは、20億ドル（約2300億円）のAMSが機能し、これらの陽電子が本当に過剰に存在するかどうかという疑問が解決されたことだ。その最初の結果は、ジュネーブ近郊の欧州原子核研究機構（CERN）のセミナーで発表された。AMSの存在意義の主たる存在であり、77歳の研究者であるサミュエル・ティン氏は、これらの「新しい物理現象」を説明するデータをPhysical Review Letters誌に発表している。

「この実験は、この過剰の性質を詳細に調査した初めての実験です。私たちは多くの新しい現象を観察しており、その原因もすぐに解明されるでしょう」と彼はセミナーで語った。

2011 年 5 月にスペースシャトル エンデバー号によって国際宇宙ステーションに運ばれて以来、AMS は 300 億個の宇宙線を発見しています。AMS は陽電子と通常の電子の比率を測定しており、これは暗黒物質を検出する方法となる可能性があります。高エネルギー電子が大量に発生することが予想されます。これは、爆発する星やその他の発生源から地球や太陽系の他の部分に降り注ぐ宇宙線と同じものです。ただし、陽電子はよりまれです。しかし、AMS が宇宙線のエネルギーのスケールを上げるにつれて、ますます多くの陽電子が出現します。

以前の実験でも同様の過剰が見られましたが、確実に証明することはできず、それが何を意味するのか証明することもできませんでした。1つは反物質探査および光核天体物理学用ペイロード（PAMELA）と呼ばれ、もう1つはガンマ線を測定するNASAのフェルミ望遠鏡です。AMSが過剰を検証した今、科学者たちは正しい方向に進んでいる可能性があります。

「理論家たちはこのデータで遊んで楽しい時間を過ごすことになるだろう」とティン氏はCERNの同僚に語った。

暗黒物質トレーサー？

物理学者は、暗黒物質は WIMP と呼ばれるもので構成されている可能性があると考えています。WIMP は、弱い相互作用をする巨大粒子の略です。2 つの WIMP が衝突すると、お互いを破壊し、電子と陽電子のペアが生まれます。これらの粒子の質量は、問題の WIMP のサイズに関係しています。また、WIMP のエネルギーにも関係しています。したがって、特定のエネルギー範囲で陽電子が見られることは、暗黒物質の消滅の兆候であり、宇宙の局所領域に暗黒物質が存在することを示す明らかな兆候である可能性があります。

問題は、陽電子が他の発生源からも発生する可能性があることだ。パルサーは超高速で回転しながら陽電子を噴出する可能性がある。そのため、余分な陽電子が見つかったからといって、必ずしも暗黒物質ハンターにとっての発見の瞬間とは限らない。

AMS は物質に関する他の謎にも洞察を与える可能性があります。数学的な観点からは、ビッグバン後に物質と反物質がゼロになるはずなので、何も存在しないはずです。しかし、そうはならず、今や宇宙のあらゆるものが存在します。しかし、なぜでしょうか? AMS は、ニュートラリーノからストレンジレットまで、これらの疑問を解くのに役立つ可能性のあるエキゾチックな粒子を検出できます。

ティン氏は何十年も AMS を建造し軌道に乗せるために戦ってきた。2003 年のコロンビア号の事故後、AMS はほぼ沈没寸前だったが、同氏は議会に働きかけて NASA に打ち上げを義務付けた。同氏はパワーポイントのプレゼンテーションで、同検出器の建設施設を視察する元上院議員ベン・ネルソン氏 (民主党、ネブラスカ州) を含む議員たちの写真を紹介した。同氏の論文では、複数の議員に謝辞を述べている。

この装置自体は、宇宙に打ち上げられた最も高感度の電子機器と、おそらく最も精密な計測機器を備えた、大きな成果です。誰も価格を確定したことはありません。しかし、12億ドルから20億ドルの間です。7トンのこの装置は、CERNの粒子加速器と似たような働きをします。極低温で冷却された永久磁石が入射粒子を曲げます。粒子の曲がり方から、粒子の電荷と性質がわかります。装置にはキセノンが充填されており、非常に精密に整列したチューブが入っています。ティン氏は医療機器でその構造を確認しました。

「私は彼らを患者のように病院に入院させ、CTスキャンを実施した」と彼は語った。「思い出してください、これらの結果を出すのに18年近くかかりました。」