先日、東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構と東京大学宇宙線研究所の合同講演、「高エネルギー宇宙の観測と理論 ― ガンマ線天文学と暗黒物質研究の最前線」をオンラインで視聴させて貰いました。私の関心は「暗黒物質」。
（ベランダ前は夏の紅葉の盛りです）
講演の案内は、「宇宙に満ちる暗黒物質の正体解明は、銀河の回転曲線や宇宙マイクロ波背景、宇宙の大規模構造など多くの観測が示す「重力としての存在」を、素粒子として同定する試みです。本講演では理論の立場から、WIMP、アクシオン、原始ブラックホールなど主要な候補とその特徴を概説し、「見えない物質」に迫るのかを紹介します」となっています。
（「雑草と言う植物は無いんだよ」昭和天皇）
松本重貴=Kavli IPMU 教授によれば、暗黒物質は「暗黒というより透明」「重力源として確定している」「質量密度は測定されていない」「重力加熱を観測できる」「ハローサイズや速度は、量子力学から計算できる」とのことです。
暗黒物質の候補の一つは、原始ブラックホール。星がでいる前にできたブラックホールです。もう一つは、波的(場的)暗黒物質で、アクシオン 〜 南部･ゴールドストーンの粒子の一つ。粒子的暗黒物質であるWIMPも候補の一つ。中性で重い新粒子で、初期宇宙で生成されたと想定されています。
さらに、Geminiに訊いて確認しました。
アクシオンは、もともとは「強い相互作用」における不自然な対称性の問題を解決するために理論的に提唱されました。
WIMP(ウィンプ)は、「Weakly Interacting Massive Particles」の略称で、「弱く相互作用する重い粒子」と訳されます。質量が大きく、プロトン(陽子)の数十倍から千倍程度の比較的大きな質量を持つと想定されています。私たちの身近にある物質とは、「重力」と、素粒子の世界における「弱い相互作用を通じてしか反応しません。電荷を持たないため、電磁波を放出したり反射したりせず、目には見えません。
初期宇宙の計算モデルにおいて、WIMPのような性質を持つ粒子を想定すると、現在観測されている暗黒物質の量と一致する計算結果が得られます。これは物理学者の間で「WIMPの奇跡」と呼ばれ、長年、暗黒物質の最有力候補とされてきました。
WIMPを探すために、主に3つのアプローチで研究が進められています。地下深くの巨大な検出器(日本の「XENONnT」など)を使い、飛来したWIMPが稀に原子核と衝突して発する微かな光を捉える。宇宙空間でWIMP同士が衝突して消滅する際に放たれるガンマ線などを観測する。CERNのLHCなどで、高エネルギーの衝突によって人工的にWIMPを作り出す。
