「多次元理論」を証明する電子・陽電子対の観測に成功？

新しい実験において、暗黒物質の粒子の存在を証明する初めての直接証拠が見つかった可能性がある。物理学における最大の謎の1つを解明する鍵となるかもしれない発見だ。
理論物理学者たちは、WIMP(Weakly Interacting Massive Particle)でできている暗黒物質が宇宙の23％を構成していると考えているが、これまでWIMPの粒子のいずれかを直接観測した人はいなかった。[WIMPとは、電磁気的な相互作用をほとんど起こさず、電磁波では検出できない粒子からできている「冷たい暗黒物質」のこと]
物理学者たちは今回、ある種のWIMPが可視的な世界に入ることによって生じると予想されるものとほぼ同量のエネルギーを持つ電子を計測したと発表した。
ルイジアナ州立大学のJohn Wefel氏を含む研究チームは、気球式の粒子収集装置『ATIC』(Advanced Thin Ionization Calorimeter)を南極大陸の上空に飛ばし、電子を捕獲して電荷やエネルギーを測定した。[過去記事「反陽子を観測する実験、日米チームが南極で実施」では、文部省高エネルギー加速器研究機構・東京大学・神戸大学・文部省宇宙科学研究所・米国航空宇宙局(NASA)・メリーランド大学などのチームによる南極での研究について紹介している]
この結果として研究チームは、WIMPの対消滅[粒子と反粒子が衝突し、エネルギーや他の粒子に変換される現象]によって生成される、『カルツァ＝クライン』的な電子・陽電子対を発見した可能性があるとする研究論文を、11月20日付で『Nature』誌に発表した。
カルツァ＝クライン粒子(KK粒子)は、宇宙の多次元理論によって[第5の次元方向に運動量を持つ重量子として]存在が予測されている粒子で、長い間、暗黒物質の構成要素として有力候補の座にある。
今回の新しい発見が確認されれば、時空の構成には、人間が知覚できる4次元だけでなく、多数の「コンパクトな」次元があるという証拠になるだろう。
「カルツァ＝クライン理論における対消滅の説明が正しいと証明されれば、こうした多次元宇宙に関するより徹底的な調査が必要になるだろう。これは、われわれの宇宙の理解に重要な意味をもたらす可能性がある」と、研究論文の執筆陣は結論付けている。
天文物理学者らは、目に見えない暗黒物質とダークエネルギーは合わせて全宇宙の約95％を占めると考えており、多くの研究チームがその解明に取り組んでいる。こうした暗黒物質やエネルギーが存在するという証拠の多くは、間接的な観測によって得られたものだ。
物理学者のMyungkook James Jee氏が2007年にワイアードの取材に対して述べた(英文記事)表現を借りれば、「われわれは風そのものを見ることはできないが、それが吹いているのを見ることはできる」というわけだ。したがって、暗黒物質が初めて直接観測されれば、画期的な大発見となるだろう。
だが、今回の新しい発見は、KK粒子の存在を確実に示すものではない。ハーバード大学の天文物理学者Yousaf Butt氏は、今回の研究論文に添えられた論説の中で、これらの高エネルギー電子の生成については、他の天体によって説明できる可能性があると指摘している。
超新星、回転するパルサー、マイクロクエーサーといった天体の残骸が、今回の観測結果をもたらしたのかもしれない。あるいは、さらに奇妙な現象がある可能性もあるという。
「さらに、まったく新しい種の天体物理学上の物体によって、観測された電子過剰が引き起こされた可能性があるということを忘れてはならない。結局のところ、パルサーがようやく発見されたのも1967年だ。さらにおめでたいことに、1992年まで、私たちはマイクロクエーサーについて気づいていなかったのだ」と、Butt氏は記している。