300年前の実験は世界最高の暗黒物質検出器になる可能性がある

1世紀にわたる実験は、暗黒物質を構成する粒子を含む、新しくて珍しい粒子の探索を加速するのに役立つ可能性がある。

1773 年、英国の科学者ヘンリー キャベンディッシュは、電磁気の性質を発見することを目的とした簡単な実験を設定しました。これには、入れ子になった 2 つの金属層の表面の電位を測定して、それらの間の荷電粒子が相互にどのような影響を与えるかを識別することが含まれていました。

現在、カリフォルニアのスタンフォード大学のピーター・グラハムらは、キャベンディッシュの実験を復活させることで、私たちの宇宙のさらに謎に満ちた特徴、つまり暗黒物質を構成する粒子を明らかにするのに役立つ可能性があると述べている。

暗黒物質は通常の物質よりはるかに多くの宇宙を構成していますが、それが何でできているのかはわかっていません。それが何であるかについては多くの理論的提案があり、それを解明しようとする実験は粒子衝突器の使用から地下探知機の考案まで多岐にわたります。

グラハムと彼の同僚は、その名前が示すように、異常に小さな電荷を持つミリ荷電粒子 (mCP) と呼ばれる暗黒物質の候補に焦点を当てました。課金可能な特性により、これらは 100 年の歴史を持つキャベンディッシュのセットアップによく合います。

研究チームは、ネストされたシェル設計を複製し、より大きな外層に電圧を印加し、その外層と内層の間の電圧差を測定することを提案しています。 mCP は帯電しているため、この測定により、実験中に mCP が存在するかどうかが明らかになります。

これを支援するために、新しい実験には掃除機のように部屋からすべての荷電粒子を吸い取り、潜在的なすべてのmCPをセットアップに組み込むアキュムレータ装置が含まれるだろうと、チームメンバーであるデラウェア大学のハリクリシュナン・ラマニ氏は述べている。

この設計は他の mCP 探索に比べてシンプルで手頃な価格であり、推定コストは 100 万ドル未満、つまり粒子加速器を 1 年間運用する場合の 1,000 分の 1 です。研究者らの計算は、将来稼働するいくつかの粒子加速器実験よりも感度が高い可能性があることも示している。

テキサスA&M大学のケビン・ケリー氏は、研究者の計算の推定値の一部は保守的である可能性が高く、提案された実験は最終的に従来の方法よりも100〜10,000倍感度が高くなり、これまで考えられていたよりもさらに小さい電荷でmCPを検出できる可能性があると述べている。

「このテクニックは、私や他の人がやっているいくつかのものよりも優れている可能性があります」 [already] グラハム氏やラマニ氏と同様に、同氏は、この実験は、例えば粒子加速器実験よりもはるかに迅速に構築して完了できるため、潜在的に巨大な発見に至るまでの時間を大幅に短縮できると推定している。 「それは宇宙が何でできているのか、そしてそれがどのように機能するのかを理解する上で大きな一歩となるでしょう」とヒル氏は言う。

チームは現在、建設の詳細を検討し、実験のための資金を確保している。もしそれが成功すれば（ラマニ氏は2～3年以内に実現する可能性がある）、もう1つの利点があるだろう。それは、キャベンディッシュの装置からmCPを抽出して研究できることだ。 「ミリ帯電粒子を保管して人々に配ることもできます」と彼は言う。