カナダの地下深くに、他に類を見ない鉱山がある。オンタリオ州サドベリー郊外、好奇心旺盛なクマが裏庭でラズベリーを狙う森の中、青いヘルメットをかぶったクレイトン鉱山の作業員たちが、地下深くからニッケルを採掘している。しかし、半開きでガタガタと揺れる真っ暗なリフトに乗り込み、広々とした洞窟へと降りていくと、彼らは他のヘルメットをかぶった作業員たちと乗り合わせることになる。しかし、彼らの帽子はオレンジ色で、彼らが採掘しているのは全く別のもの、つまり「何もない」ものなのだ。
つまり、今のところ何も見つかっていない。仲間の鉱夫たちは、実はSNOLABと呼ばれる巨大な地下研究所で働く物理学者たちだ。地下2キロメートルの深さに位置し、エンパイア・ステート・ビル4棟半をこの穴に簡単に積み重ねられるほどの深さだ。SNOLABの検出器は、宇宙の物質の大部分を構成していると考えられている、捉えどころのない物質、暗黒物質を探して宇宙をくまなく探査している。それは壮大な探求だが、今のところ成果は上がっていない。
これまで私たちが検出できたのは、宇宙の全物質のわずか5%に過ぎません。この原子物質は、すべての銀河、恒星、惑星、ブラックホール、クエーサー、パルサー、ニュートリノ、そして人類や地球上の他のすべての生命を構成しています。残りは未知の物質、つまり暗黒物質（25%）と、さらに謎に包まれた暗黒エネルギー（70%）です。私たちは暗黒物質が恒星や銀河に及ぼす重力の影響を観測できますが、その「暗黒」粒子をどんな観測機器を使っても捉えることができていないようです。そして、私たちはどれほど努力してきたのでしょう。
なぜ私たちはそれを捕まえようとしているのでしょうか？確かに、暗黒物質から次世代の宇宙スマートフォンを作ることはできませんし、金に変えることもできません。しかし、それを観測することで、銀河がどのようにしてバラバラにならずにまとまっているのかを理解するのに役立つでしょう。私たちが検出できる量の原子物質から判断すると、銀河はバラバラにならずにまとまっているはずです。実際、私たちの銀河である天の川銀河は、いわゆる暗黒物質ハローと呼ばれる広大な暗黒物質の雲の中に存在していると考えられています。
暗黒物質の発見は、望遠鏡で捉えた銀河の像に奇妙な弧や光のリングが現れる、いわゆる「錯視」現象の解明にも役立つでしょう。研究者によると、これらは実際の銀河の光学的なコピーであり、巨大な暗黒物質の塊の背後に隠れています。この暗黒物質の塊は巨大な重力レンズのように作用し、銀河からの光を曲げて像を歪ませ、拡大します。これを重力レンズ効果と呼びます。
もっと簡単に言えば、科学者たちが暗黒物質を探しているのは、とてつもない痒みを掻きたいからだ。「夜中に眠れずに横になっていて、『一体これは何を意味しているんだ？』と突然考えさせられるような、あの痒みです」と、ドイツ、フライブルク大学の実験物理学者ダニエル・コデール氏は言う。
SNOLABに到着するために、研究者たちは2000メートル下のリフトに乗り、そこからヴェイル・クレイトン鉱山を通ってさらに1.4キロメートル歩く。ゲッティイメージズ/ランディ・リスリング
ロンドン大学ロイヤル・ホロウェイ校の物理学者で、SNOLABでもよく働くジョー・ウォルディング氏は、2階建てのエレベーターに乗り込むと、満面の笑みを浮かべた。エレベーターの下りは約6分かかるが、心臓の弱い人には向かない。エレベーターには照明がなく、あたりはほぼ触れられるほどの暗闇に包まれている。上部は半開きで、降りる際に激しい揺れと衝撃が襲い、気絶する人もいるほどだ。「腕を突き出したら絶対にダメですよ。切断されてしまいますから」とウォルディング氏は半ば冗談めかして言った。
彼は上機嫌だ ― 最近ここにいる他の多くの物理学者と同じように。5月、SNOLABの科学者たちは刺激的なニュースを受け取った。2011年から活動しているこの研究所は、米国エネルギー省から全く新しい暗黒物質実験装置の建設資金を承認されたばかりで、2020年に運用開始予定だ。他のどの検出器（そして他にもたくさんある）よりも強力で、超高感度のSuperCDMSは約3400万ドルの費用がかかる。そして、他の検出器がまだ発見していないものをついに発見するという任務を負うことになる。プレッシャーはない。
1970年代以降、地球上、地下、地上での暗黒物質実験に巨額の資金が投入され、計算に夜遅くまで費やされ、メディアで大きく報道されたにもかかわらず、研究者たちは何の成果も上げていない。SNOLABのほかにも、サウスダコタ州リードにある廃金鉱山の地下1マイルでLUX実験が実施されているが、成果はゼロ。フランスでは、フランスアルプスの地下1.7キロメートルの岩の下にある実験室で行われたEDELWEISS実験で何も発見されていない。中国の金平地下研究所のPandaX実験でも粒子は発見されていない。インドでは、稼働中のウラン鉱山の地下550メートルにジャドゥグダ地下科学研究所が昨年開設された。これまでのところ、何も見つかっていない（まあ、探し始めて1年しか経っていないが）。そして、まだまだ問題は続く。
有力な説は、暗黒物質は重力、つまり引力によってのみ通常の物質、原子、光と相互作用する粒子で構成されているというものです。SuperCDMSは、そのような特殊な粒子、いわゆるWIMP（弱い相互作用をする質量を持つ粒子）を探します。これは、複数の検出器が探している主要な（最も明白な）暗黒物質候補です。科学者たちは、世界最大かつ最強の粒子加速器であるジュネーブ近郊の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）（建設費約70億ドル）でこれらの粒子を生成しようと試みています。しかし、すべて無駄に終わっています。
研究者たちは、未知の何かを探しているのに何も見つかっていないと言い訳しながらも、何も見つからなかったためにさらに資金を要求するという言い訳を、あとどれくらい続けられるのだろうか…もう少しだけ？ 暗黒物質の研究に生涯を捧げてきた研究者にとって、ゼロの結果は極めて重要であり、何かを発見することと同じくらい重要だということが判明した。
「唯一の違いは、暗黒物質を見つければノーベル賞がもらえるということだが、［暗黒物質が存在しない］限界を設けることの重要性に変わりはない」とイタリアの国立原子物理学研究所（INFN）の物理学者ウォルター・フルジョーネ氏は言う。限界をどんどん厳しくすると、実現可能と思われる仮説が排除され、探索の範囲が狭まるからだ。結局のところ、アルベルト・アインシュタインが1916年に予言した重力波の検出には1世紀、LHCでヒッグス粒子を発見するには半世紀近くかかった。研究者たちは自分たちが何を探しているのかを知っており、毎年ゼロの結果が続くことで探索の限界をより適切に制限するのに役立った。「これは何年も何十年もかけて着実に進歩し、モデルの可能性の範囲をゆっくりと狭めていくゲームだ」とシカゴ郊外のフェルミ国立加速器研究所（FNAL）の天体物理学者ダン・フーパー氏は言う。
ハーバード大学の天文学者アヴィ・ローブ氏は、科学を「無知の海に囲まれた知識の島」と表現しています。砂漠でライオンを探す場合、ライオンが見つからない砂漠の広い領域を徐々に除外し、ライオンの足跡のある領域まで絞り込むことで、最終的にはライオンを見つけることができると彼は言います。しかし、これはライオンが砂漠に生息していることを知っている場合に限ります。幸いなことに、砂漠のライオンのように、暗黒物質もどこかに存在するはずだという点では、大多数の研究者が同意しています。
リフトがクレイトン鉱山の底に到達すると、最初は上下に数回バウンドしてから停止します。SNOLAB にたどり着くために、研究者たちはニッケル採掘者とその機器を注意深く避けながら、約 2 キロメートルの暗く狭いトンネルを進まなければなりません。そして、彼らが気を配らなければならないのは採掘者だけではありません。鉱山の周囲、つまり地上にはクマが生息しており、時々挨拶にやって来ます。あるとき、研究者がタバコを吸いに外に出たと、ウォルディング氏は思い出します。突然、鉱山の隣にある科学者の家をうろついていた 3 頭の若いアメリカグマと顔を合わせました。クマの頭が彼の膝のすぐ横に現れました。「彼は中に戻ってきて、大きなジン トニックを飲まなければなりませんでした」とウォルディング氏は笑います。
ニッケル鉱山自体は1920年代から存在していましたが、物理学研究所は1992年に設立されました。地下深くという一見珍しい場所に位置しているのは、地上のスペースが不足しているからではなく、宇宙線と呼ばれる高エネルギー粒子から高感度検出器を保護するためです。宇宙線は通常、宇宙の遥か彼方からやってくる陽子で、地球の大気圏では他の粒子のシャワーのように降り注ぎ、毎日毎秒私たちに降り注いでいます。「特にミューオンを懸念しています。ミューオンは検出器の周囲の物質と相互作用して中性子を生成する可能性があり、中性子は暗黒物質の信号を模倣する可能性があります」とコデール氏は言います。しかし、厚い岩板がミューオンの進路を遮り、科学者たちはこの干渉的な背景ノイズを除去することができます。
SNOLAB（および他の施設）での暗黒物質探索は今のところ成果を上げていないものの、クレイトン鉱山は物理学者アート・マクドナルド氏の2015年ノーベル物理学賞受賞に貢献しました。受賞理由はニュートリノに関する研究です。ニュートリノは、質量がほぼゼロで、星の中心部や超新星爆発などの遥か彼方の大惨事で発生する、幽霊のような粒子です。地球上でも生成されます。暗黒物質と同様に、ニュートリノもかつては理論として存在し、1930年に初めて提唱されましたが、最初のニュートリノが検出されるまでに26年もかかりました。
SuperCDMSの設置にあたり、実験室は電力、照明、冷却能力の増強を考慮して改修されます。装置は固体ゲルマニウムとシリコンの検出器で構成され、絶対零度より数分の1度という極低温に冷却されます。検出器を収容するカプセルは水槽に沈められ、水は遮蔽の役割も果たし、鉱山の放射能によるバックグラウンドノイズを低減します。実験装置の多くの部分は、フェルミ国立加速器研究所、SLAC、PNNLといった著名な物理学研究所などの地上施設で組み立て・試験されますが、最終的な組み立ては地下のSNOLABで行われます。
スーパーCDMSで何も見つからなかったらどうなるのでしょうか？鉱山にはDEAP-3600など、少し異なる技術を用いた実験装置がいくつかあります。具体的には、アルゴンと呼ばれる希ガスを用いてWIMPの検出を試みます。ウォルディング氏はそこで研究を行っており、これらの検出器は新しい実験と並行してWIMPの探索を継続します。
しかし、コデール氏にとって、無結果は理論に関する重要なフィードバックとなり、理論の修正に役立つ。「何も見つからないのは当然残念ですが、全く新しいものを探しているのであれば、それをあり得る結果として受け入れるしかないのです」と彼は言う。「暗黒物質問題には、今のところ私たちには隠されている正しい答えがあり、私たちはそれを見つけるために全力を尽くしています。」
つまり、これは多方面から問題に取り組むことを意味します。WIMPの探索には、現在も稼働中の鉱山や山の地下、そして宇宙空間で複数の実験が行われています。そして、数十年にわたる着実な進歩こそが重要であり、暗黒物質モデルの可能性の範囲をゆっくりと狭めています。「SuperCDMSはこの分野で確実に進歩を遂げるでしょう」とフーパー氏は述べ、この検出器はWIMPの新しい質量領域に特化することを付け加えました。この領域では、WIMPは他の検出器がこれまで探し求めていたものよりもはるかに軽いと想定されます。また、他の実験が失敗したからといって、SNOLABの将来の設置者が成功する確率が低くなるわけではなく、暗黒物質の候補となる可能性のある範囲が狭まることになると彼は付け加えます。
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SuperCDMS はまだ計画段階ですが、ローマから車で約 1 時間の距離にあるイタリアのアペニン山脈の地下深くで何十年も暗黒物質を探し求めてきた科学者たちのことを思いやってください。彼らの暗黒物質検出器は、2009 年の地震で大きな被害を受けたアキラ市近くの研究所にあります (幸いなことに研究所は被害を受けませんでしたが、アキラに拠点を置く多くの物理学者が被害を受けました)。研究所に行くには、全長 10 キロメートルのトンネルを 7 分ほど抜けて、最高峰のグラン・サッソの地下深くに到着します。専用の出口で曲がり、ボタンを押して、スピーカー越しに警備員にイタリア語で自己紹介をすると、2 つの巨大な金属製の両開きの扉が開き、広々とした洞窟、グラン・サッソ国立研究所が現れます。ここで現在、世界で最も感度の高い暗黒物質実験施設である XENON1T が稼働しています。
1984年に設立され、最初の20年間は、研究者たちは主にニュートリノと宇宙線を研究していました。2000年半ばには暗黒物質への関心が科学者の間で高まり、2002年には最初の検出器であるXENON10が稼働しました。以来、XENON10は改良を重ね、XENON100、そして現在はXENON1Tへと進化し、WIMPと通常の物質の相互作用（まだ仮説的ではあるものの極めて稀）を捉えようとしています。
地下空間は巨大です。XENON1Tは、それぞれ幅約20メートル、高さ約18メートル、長さ約100メートルの3つの巨大なホールの一つに収容されており、それぞれに独自の実験装置が設置されています。実験装置の数は合計18台です。太陽ニュートリノの検出による太陽内部の探査から、将来的には理論上のマヨラナ粒子を捉える可能性のある世界最大の検出器まで、あらゆる科学研究のために設計されています。この研究所では、32カ国から約950人の研究者が働いています。
暗黒物質ホールで最も巨大な構造物は、直径約10メートル、高さ約11メートルの巨大なタンクで、まるで大型の穀物サイロを思わせます。その隣には、検出器のメンテナンスのためだけに極低温パイプ、ポンプ、冷却装置、サブシステム、電子機器がぎっしり詰まった3階建てのガラス張りの建物があります。検出器自体はタンク内に設置され、厚さ1メートルのステンレス鋼製のクライオスタットに密閉されています。検出器とその周囲のすべては、背景の「ノイズ」を低減するために、低放射性材料で作られています。SNOLABと同様に、放射性物質は電子、ガンマ線、または中性子を放出し、検出器はそれらを検出できるため、希少な暗黒物質粒子の到来を予測する画像が乱れてしまいます。宇宙線などによる望ましくない背景相互作用をさらに抑制するため、クライオスタットは外側のタンク内の約700トンの水に浸されています。上部の約1,400メートルの岩石も、この効果を高めています。
クライオスタット内部では、装置は2トンの極低温液化キセノンガスに囲まれています（実験名はやや紛らわしいですが、XENON1Tです。これは、検出器の最も感度の高い部分である中心部に、液化ガスがわずか1トンしか含まれていないためです）。キセノンは無色無臭であるだけでなく、地球上で最も希少な元素の一つでもあります。主にロシア、南アフリカ、サウジアラビアで生産されており、液体酸素を用いて溶融鉄の表面の汚染物質を除去する製鉄プロセスの副産物です。
キセノン原子が粒子によって励起されると（あらゆる予防措置を講じたにもかかわらず、電子、ガンマ線、そして時折大気中のミューオンが検出器に侵入し、微小な閃光を発します。これは他のいくつかの希ガスにも共通する特性です。液化キセノンは強力な阻止能を持ち、通過する粒子に対して非常に敏感です。
閃光は写真装置によって記録され、後に分析されます。これまでのところ、すべての信号は破棄されています。「私たちは誰も見たことのない信号を探しています。これは、私たちのバックグラウンドが十分に理解され、かつ可能な限り低い場合にのみ機能します」と、XENON1Tの元分析コーディネーターであるコデール氏は言います。
XENON1Tは2016年から稼働しており、5月に発表された最新のデータでは、おなじみの結果がゼロとなっている。しかし、科学者らによると、暗黒物質粒子の有効サイズに課せられた制限はこれまでで最も厳しいものとなり、1平方センチメートルの1兆分の1の1兆分の1、つまり4.1×10-47平方センチメートルとなった。有効サイズ、あるいは科学用語で「断面積」と呼ばれるものは、WIMPが通常の物質（キセノン原子）と相互作用すると考えられる強さである。これを決定するために、研究者らは279日間のデータを精査した。この期間中に最大10件の暗黒物質イベントが記録されると予想されていたが、実際には何も起こらなかった。これは、WIMPがこれまで考えられていたよりもさらに小さいことを意味している。
地下実験室か山間の研究施設（多数のオフィス、食堂、さらにはバーまで備えている）には常に2人の交代勤務者（「シフター」）がいます。シフターはタブレット端末を使って検出器を遠隔操作し、興味深いデータ値を常に監視することで、暗黒物質粒子を見逃さないよう努めています。この実験には、米国、EU、アジアの26の科学機関から約160人の科学者が参加しています。
検出器を極めてクリーンな状態に保ち、検出器材料の表面または内部の塵埃に混入する放射性不純物による汚染を最小限に抑えるため、研究者は組み立て作業中、コート、マスク、ブーツなど、クリーンルーム用の装備を完璧に着用する必要があります。指紋が付着しただけでも、長年の研究成果が台無しになる可能性があります。
間もなく、彼らは全てをやり直すことになる。12月から1月にかけて、XENON1Tは停止される。研究者たちは検出器を取り外し、その後数ヶ月かけて、XENONnTと呼ばれるはるかに大型の検出器に交換する。このアップグレードには数千万ユーロの費用がかかり、共同研究メンバーで分担する。ただし、外側のタンクはそのまま残されるという利点がある。ただし、内側のタンクには、2トンではなく6トンの液体キセノンが充填される。この装置は2019年末までにデータ処理を開始する予定だ。
もしその検出器でまだ何も見つからなければ、グラン・サッソの研究者たちは、別の技術に移行する前に、さらに大型の装置でもう一度だけ試してみる可能性が高い。「従来の重いWIMPの探索は、LHCの次の段階と大規模なXENON暗黒物質実験によって自然な結論に達するでしょう」と、FNALのダニエル・バウアーは言う。「今後数年のうちに発見される可能性はまだありますが、もしそうでなければ、標準的なWIMP仮説は間違った答えのように思えます。」
WIMP検出器が探索を続ける一方で、ますます多くの研究者が暗黒物質の性質に関する新たな理論を展開し、それを捉えるための実験に取り組んでいます。これは暗黒物質の謎を多面的に探究するものです。フレーム内には、はるかに軽い仮説上の暗黒物質粒子、アクシオン、そしてステライルニュートリノと呼ばれる中性粒子が存在します。
アクシオンは特に新しい概念というわけではありません。1977年に初めて考案されたこの粒子は、WIMPよりもはるかに軽いと考えられていましたが、数十年にわたって流行ったり廃れたりを繰り返してきました。しかし現在、様々なWIMPキャッチャーが次々と成果を上げていないことを踏まえ、多くの科学者がアクシオンを次善の策として検討しています。
理論によれば、アクシオンは光子と非常に弱いながらも相互作用する。ワシントン大学原子核物理・天体物理学実験センターに設置されているアクシオン暗黒物質実験（ADMX）では、この方法でアクシオンを捉えようとしている。SNOLABやXENON1Tとは異なり、ADMXは一般的な物理学実験室に設置され、高さ約4メートルのタンクに入った検出器で構成される。ワシントン大学の物理学者グレイ・リブカ氏によると、ADMXは大型の超伝導磁石とマイクロ波空洞で構成されており、ラジオ受信機と同様に機能する。これは、研究者たちがラジオ局を探しているものの、その周波数がわからない場合に、ノブをゆっくりと回し、ちょうどよい周波数になったときに信号を聞こうとするようなものだ。
磁石は強力な磁場を発生させ、受信機はアクシオンが磁場を通過した際に発生する特定の電磁放射を捕捉し、そのエネルギーを微弱なマイクロ波信号に変換します。この信号は研究者が量子エレクトロニクスで検出できます。実験で探している信号は、宇宙線や放射能によって生成されるものよりもはるかにエネルギーが低いと予想されるため、ADMXは岩や水で遮蔽する必要はありません。ただし、携帯電話、Wi-Fi、テレビ信号からは遮蔽する必要があります。「文字通り無線受信機です。唯一の違いは、実験の最初の段階でアクシオンを電波に変換することです」とリブカ氏は言います。
ADMXは新しい装置ではありません。20年以上前の1995年に建設されました。2010年にローレンス・リバモア国立研究所からワシントン大学に移設されました。しかし、継続的に改良が続けられており、科学者によると、ついにアクシオンによって引き起こされる弱い相互作用を検出できるほどの感度を持つようになったとのことです。
ADMXの温度は-273℃で、絶対零度よりわずか0.15℃高いだけであり、深宇宙よりも低い。「冷却操作と液体ヘリウムの移動には大変な作業が必要です」とリブカ氏は語る。検出器を非常に低温に保っているのは液体ヘリウムであり、超伝導磁石と量子エレクトロニクスが機能するには温度を十分に低くする必要があるため、これは重要なのだ。また、実験が低温であればあるほど、ノイズは低減し、検出される信号はより鮮明になる。
データ収集はほぼ自動化されているため、ラボは通常静かで空っぽです。しかし、研究者たちはインターネット経由で昼夜を問わず制御・監視を行っています。年に一度、稼働を停止し、科学者たちはシステムを室温まで温め、内部の検出器を磁石から引き抜きます。「ラボを見るのに最も素晴らしい時間です。全員がヘルメットとクライオセーフティグローブを着用し、システムをクリーンルームへと慎重に移動させています。クリーンルームでは、数ヶ月かけて新しいアップグレードをインストールしていきます」とリブカは言います。
彼は、これまでの暗黒物質探索は「間違ったものを探していた」と確信している。ADMXを使えば、装置は適切な信号を見つけるのに十分な感度を備えているので、あとは可能性のある質量をゆっくりと調べるだけだと彼は言う。「ようやくボリュームノブを十分に上げることができ、あとは信号が聞こえるまで周波数ノブを回すだけです」と彼は言う。「可能性は高い。間違いなくこれまで以上に高いです。」
現在、ADMXは4G-LTE携帯電話帯域に相当する周波数を調査していますが、研究者たちはAMラジオのようなより高い周波数とより低い周波数でWi-Fi帯域を探索する技術も開発しています。4月にADMXは最新の結果を発表しましたが、それはつまりゼロ結果でした。しかし、リブカ氏にとっては、検出器が実際にアクシオンを見つけるのに適切な感度を持っていることを示しているため、重要なのです。「考えられるすべての質量を調べた上でゼロ結果に終わった場合、それは別の意味で重要になります。アクシオンは原子核物理学におけるいくつかの現象を説明する上で重要なので、私たちはアクシオンが存在すると期待しています」と彼は言います。「もしアクシオン暗黒物質が見つからなければ、私たちは原子核物理学を理解していないか、初期宇宙の仕組みを十分に理解していないかのどちらかの問題に直面することになります。ですから、ゼロ結果になれば、私たちの疑問は倍増するでしょう。」
多くの科学者が暗黒物質を捕捉するための代替アプローチの開発に奔走しており、中には、この特異な暗黒物質を必要とせずに宇宙の仕組みを説明できる代替重力理論を検討している人も少なくありません。しかし、最近、2つの中性子星の衝突から発生する重力波が直接観測されたことで、そうした理論の多くが覆され、暗黒物質がどこかに存在するという考えは依然として根強く残っています。
アクシオンやWIMPが見つからなかった場合、もう一つの代替候補があります。それはステライルニュートリノです。これは、通常の物質と非常に弱く相互作用する「通常の」ニュートリノとは対照的に、重力のみを介して相互作用すると想定される理論上の粒子です。
適切な質量のステライルニュートリノが崩壊してX線スペクトル特性を生成するという考え方です。つまり、X線分光計で検出できるということです。他の実験と同様に、ごく最近まで、このような装置は予測される特性を正確に測定するのに十分な感度とスペクトル分解能を持っていませんでした。そこで、日本の宇宙機関JAXAはNASAと共同で、2016年2月17日に「ひとみ」衛星を軌道に乗せました。この衛星には、まさに適切なタイプの分光計が搭載されることを期待していました。しかし、その滞在時間は長くありませんでした。ペルセウス座銀河団の初期観測を行った後、ひとみは3週間後に突然、5つの破片に分裂して壊れてしまったのです。
これは大きな打撃でした。不運な衛星の建造には2億7300万ドルもの費用がかかったのです。しかし、科学者たちは簡単には動じません。アメリカと日本の両国は既に代替衛星「XRISM（X線画像分光ミッション）」を急いで開発しました。7月1日、この衛星は日本で承認され、高解像度X線分光計「Resolve」と撮像機器「Xtend」の2つの機器を搭載する予定です。分光計の再建費用は7000万ドルから9000万ドルと見積もられています。
チームは新しい分光計を「Resolve」と名付けることにした。「より意味のある名前にするためです。この分光計はX線光をその構成色に分解するだけでなく、一刻も早く「ひとみ」の現場に戻ろうとするチームの決意を反映させるためです」と、NASAで「ひとみ」回収ミッションにおける分光計の米国側主任研究員を務めるリチャード・ケリー氏は述べている。新しい分光計は、光子が検出器に蓄積する熱量によって光子を検出し、絶対零度よりわずか0.06度高い温度で動作する。銀河団や個々の銀河を観測し、ステライルニュートリノの崩壊の兆候として予測されるエネルギーと強度を持つ、非常に特殊なスペクトル特性の検出を目指す。
これは、X線が小さなピクセルに吸収され、そのエネルギーが熱に変換されるという仮定に基づいています。この熱は、顕微鏡温度計で正確に測定できます。Resolveは、個々のX線を一つずつ検出し、エネルギーのヒストグラム、つまりスペクトルを作成します。「ステライルニュートリノには一定のエネルギーがあると予想されます。このエネルギーがX線帯域内にある場合、Resolveを使って個々のニュートリノを検出し、そのエネルギーのヒストグラム、つまりスペクトルを作成できます」とケリー氏は説明します。ニュートリノのエネルギーが非常に明確に定義されている場合、それをスペクトル内の狭い特徴として捉えることができるようになります。
XRISMは、2020年4月から2021年3月の間に、JAXAのH-IIAロケットで田中宇宙センターから打ち上げられる予定で、「ひとみ」の軌道を辿る予定です。もしXRISMがスペクトル特徴を発見できなかったらどうなるでしょうか？いつものように、何も検出されなかったとしても、それはそれで意味のあることです。「ステライルニュートリノをダークマターの候補から除外すれば、候補となるアイデアはかなり絞り込まれます」と、メリーランド大学の天文学者リチャード・ムショツキーは述べています。
暗黒物質の探索においては、研究者にとって二つの結末があり得るようです。著名な物理学者エンリコ・フェルミの言葉を引用しましょう。「もし結果が仮説を裏付けるなら、それは測定だ。もし結果が仮説に反するなら、それは発見だ。」終わりのないように見える暗黒物質の探索において、何も発見されないことさえも大きな意味を持つのです。
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