ダークマター候補物質の検出へ！ アメリカが次世代ダークマター検出装置を建設

宇宙の全質量・エネルギーの約27％を占めているのに、
目に見えない未確認の重力源ダークマター（暗黒物質）。

このダークマターの候補物質の中に未発見の粒子WIMPがあります。
　　ダークマターの候補“WIMP”の兆候を検出

WIMPは電磁気的な相互作用がほとんど起きないので、
電磁波による観測ができないんですねー

このWIMPを検出するため、
アメリカが次世代の実験装置を建設するというお話です。


地下深くの実験施設

このプロジェクトを選定したのは、
アメリカエネルギー省とアメリカ国立科学財団で、
世界38以上の研究機関も参加するそうです。

実験設備が建設されるのは、サウスダコタ州のスタンフォード地下研究施設。

この施設の地下深く（地下約1.6キロ）に、
WIMPを検出するLUX-ZEPLIN実験のための施設が建設されるんですねー
完成用は2020年になっています。


大型地下キセノン実験

LUX-ZEPLIN実験の前身には大型地下キセノン実験がありました。

この実験では350グラムの液体キセノンを詰めた容器を地下坑道に設置し
ダークマター粒子が液体キセノンに衝突したときに起こると予想される、
微弱な発光を観測しようとしました。

でも、検出は出来きず…

今回のLUX-ZEPLIN実験では、大型地下キセノン実験の跡地を利用。

10トン級の超高純度液体キセノンを用いることで、
検出感度を大型地下キセノン実験より50倍以上高め、検出に挑むそうです。


微弱な発光の検出

入射したダークマター粒子が、大型容器内に満たされた液体キセノンと衝突すると、
キセノン原子が発光し電子を放出します。

大型の液体キセノン容器に入射したダークマター粒子が、キセノン原子と衝突するときの発光を電子増倍管で検出する。

この発光を容器の上下にある検出器（光電子増倍管）で検出しようというわけです。

衝突時にキセノンから放出された電子は、
電界によって容器上部に移動し二次発光するので、
これも検出するそうです。

ダークマター粒子がキセノンに衝突するときの発光は、
極めて微弱なものと考えられています。

なので、その信号をとらえるには、
バックグラウンドノイズのレベルを下げておく必要があります。

LUX-ZEPLIN実験でのダークマター粒子検出装置のイメージ。バックルラウンドノイズを減らして微弱な信号をとらえるため、地中深くに建設される。

実験施設を地中深くに建設するのはこのためなんですねー

なお、同様の次世代ダークマター検出実験は、
イタリアや中国でも計画されています。


超対称性粒子

検出対象となるWINPとしてはニュートラリーノなどが想定されています。
　　“Super-WIMP”がダークマター候補から外れる
　　　　

ニュートラリーノは、
素粒子物理学上の仮説である超対称性理論によって存在が予測されている
超対称性粒子の一種。

冷たいダークマター（熱的なランダムな動きの小さいダークマター粒子）の
最有力候補とされています

超対称性理論が正しければ、
素粒子には未発見のパートナー粒子が存在することになり、
素粒子の数は現在の標準模型の2倍になるそうです。

ヨーロッパの大型ハドロン衝突型加速器や、
国際宇宙ステーション上に設置されたアルファ分光器など、
さまざまな方法での実験が続けられています。

でも、これまでのところニュートラリーノを含む、
超対称性粒子が実験的に確認された事例はありません。

今回は、地下深くの検出感度を高めた検出装置で、
この粒子の発見に挑むことになります。

され、この粒子と液体キセノンの衝突時に起こる微弱な発光を
観測することができるのでしょうか。


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