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SCIENTIFIC AMERICAN January 2018

Searching for the Dark

ダークホース 新粒子「アクシオン」

By Leslie Rosenberg L. ローゼンバーグ
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The cosmos is mostly made of something we cannot see. That was the conclusion astronomers started to reach in the 1930s through looking at galaxy clusters, which should have blown apart unless some “dark matter” was binding them together. Scientists started taking the idea more seriously in the 1970s, when astronomers studying how fast galaxies rotated found the same thing. Soon researchers realized that dark matter was unlikely to be made up of normal matter and radiation. By now it seems nearly inescapable that more than 90 percent of the stuff in the universe that clumps together under gravity is some exotic material, perhaps a new particle left over from the big bang.  この宇宙の大半は目に見えない何かでできている。天文学者がそう結論するようになった発端は1930年代,銀河団を観測したことにある。何らかの「暗黒物質」が銀河どうしを結びつけていないと,銀河団はばらばらになるはずなのだ。1970年代に銀河の回転速度の研究から同じことが明らかになると,科学者はこのアイデアを真剣に検討し始めた。間もなく判明したのは,暗黒物質が通常の物質や放射でできている可能性が低いことだった。現在では,宇宙にあって重力でまとまっている物質の90%超は何らかの奇妙な物質であるに違いないとみられている。おそらくはビッグバンの後に残された未知の粒子だ。
For a long time the most popular dark matter candidate was the theoretical weakly interacting massive particle (WIMP), which fits into the much loved but speculative theory of supersymmetry. Yet sensitive terrestrial WIMP detectors have found no signs of such particles despite decades of searching. It is certainly too early to write off WIMPs, but these null results have raised the profile of non-WIMP dark matter candidates.  かねて暗黒物質の最有力候補とされてきたのは WIMP(弱い力に似た相互作用をする重い粒子)という理論上の粒子だ。この粒子は,人気が高いがまだ推論の域を出ない「超対称性理論」に合致する。だが,高感度の地上検出装置で数十年にわたって探索されてきたにもかかわらず,WIMPが存在する兆候は見つかっていない。WIMPを諦めるのは確かにまだ早すぎるものの,WIMP以外の暗黒物質候補への注目が高まってきた。
A less well-known candidate is the axion, another theorized particle that would weigh much less than the WIMP but would have a similar tendency to ignore normal matter. If axions are dark matter, they would abound everywhere—tens of trillions of them could be floating around in every square centimeter around you. Their only effects on the rest of the universe would be felt through gravity—their accumulated mass would be substantial enough to tug on the orbits of stars in galaxies and of galaxies in clusters.  その1つが「アクシオン」だ。あまり知られていないこの粒子もやはり理論上の存在で,WIMPよりもはるかに軽いが,通常の物質と相互作用しない性質は共通している。アクシオンが暗黒物質である場合,あらゆるところに豊富に存在するだろう。あなたの周囲の空間にも,1cm3あたり少なくとも10兆個は漂っているはずだ。アクシオンが宇宙に与える影響は重力を通じたものだけだ。アクシオンの総質量は,銀河内の星の軌道や銀河団内の銀河の軌道に影響を及ぼすのに十分な大きさになる。
For more than 20 years I have been part of the Axion Dark Matter Experiment (ADMX) search for these particles. Although we have not found them yet, we have been steadily improving our technology. In 2016 ADMX began a new phase. It is now sensitive enough that it should be able to either detect axions or rule out the most plausible versions of them over the next five to 10 years. We stand at an important threshold, and exciting news is coming soon, either way  私は20年以上にわたり,「アクシオン暗黒物質実験(ADMX)」でこの粒子を探してきた。発見はまだだが,検出技術は着実に進んでいる。2016年,ADMXは新段階に入った。感度が上がったので,今後5年から10年の間にアクシオンを検出するか,あるいは理論的に最も可能性の高そうなアクシオンを除外するかのどちらかが可能になるはずだ。私たちは新局面の重要な入口に立っており,いずれの結果になるにしても,胸躍るニュースが近いうちに届くだろう。