幽霊粒子が大量に〜日経サイエンス2011年3月号より

新種のニュートリノが暗黒物質の正体か

　ニュートリノは最もとらえにくい粒子で，人体も地球も特別に設計した検出器さえも，すべてを通り抜けてしまう。だが，「ステライルニュートリノ」という未確認の同類と比べれば，通常のニュートリノは爆竹みたいなものだ。ニュートリノは「弱い力」というはかない力を介して通常の物質と相互作用するだけだが，ステライルニュートリノはこの相互作用すらしない（ステライルは「不毛な」の意味）。
　ところが最近の実験で，ステライルニュートリノが実在するだけでなく，ごくありふれた存在であることを示す興味深い証拠が見つかった。天文学者を何十年も悩ませている暗黒物質（ダークマター）の正体はステライルニュートリノなのかもしれない。そうした劇的な大発表にはまだ早すぎるようだが，「正しいと確認されたら，極めて重要な発見だ」とカリフォルニア大学ロサンゼルス校のクセンコ（Alexander Kusenko）はいう。

暗黒物質のX線，超新星の動き

　　検出が事実上不可能な粒子を，いったいどのようにして見つけたのか？　クセンコと米航空宇宙局（NASA）ゴダード宇宙飛行センターのレーベンシュタイン（Michael Loewenstein）は，ステライルニュートリノはときどき崩壊して，より軽い通常のニュートリノとX線光子を生じるはずであり，暗黒物質が見つかっている場所でそれらのX線光子を探せば暗黒物質の正体がステライルニュートリノであるかどうかを確かめられると考えた。
　彼らはチャンドラX線望遠鏡を使って，暗黒物質を豊富に含むと考えられている近くの矮小銀河を観測し，ステライルニュートリノの崩壊から予想されるのと同じ波長のX線が他の波長よりも強く出ていることを発見した。
　また，超新星の観測から別の証拠が見つかっている。ステライルニュートリノが実在するなら，超新星から磁力線に沿って細く絞られた強いステライルニュートリノ流が飛び出し，その反動で超新星の中央部にあるパルサーが宇宙空間を移動しているはずだ。まさにその通りの現象が観測された。超新星のパルサーは秒速数千kmの速さで宇宙空間をすっ飛んでいる。

地上実験でも可能性

　ステライルニュートリノの証拠を地上の実験に求めることもできる。米国立フェルミ加速器研究所の研究チームは最近，その証拠を探るために16年前の実験結果を検証した。通常のニュートリノを500m離れた地中の検出器に向かって発射した実験だ。ニュートリノは飛行中にタイプが変わるが（ニュートリノ振動という現象），その変化の仕方が，ステライルニュートリノが実在する場合に予想されるものとまさに一致した。
　次の段階はこれらの結果の確認だ。レーベンシュタインとクセンコは最近，別のX線宇宙望遠鏡XMMニュートンで同じ観測を繰り返した。フェルミ研究所のチームも，もう一度同じ実験を行う準備を進めている。隠れ上手なこの粒子を捕まえられるのも，そう遠いことではないかもしれない。