暗黒物質を検知する新しい方法

暗黒物質は全物質の約85％を占めていますが、直接検出されることはありません。これまで以上に高感度のシステムが開発されており、暗黒物質の粒子がそれらと相互作用するのを待っています。現在、ニューヨーク州立大学アルバニーの研究者は、過冷却水を使用した新しい暗黒物質検出器を開発しました。

一般的な考えに反して、0°C（32°F）よりも冷たい水は、固体を凍結することなく冷却できます。氷の結晶を形成するには、水分子に固執する固体表面が必要です。汚れやその他の不純物がそのプロセスを開始し、氷の結晶が多くなるほど、新しい結晶の表面積が大きくなります。慎重に制御された条件下では、純水は通常の凝固点をはるかに下回る液体にとどまることができます。これは過冷却として知られているプロセスです。

しかし、過冷却水が突然凍結するのにそれほど時間はかかりません。氷の結晶は、何らかの方法で乱れた場合、たとえば揺れたり流されたりした場合、または過冷却雲の場合、通過している飛行機でうねった場合、すぐに形成されます。特定の粒子は、水分子と衝突すると凍結を引き起こす可能性があり、おそらくそれはとらえどころのない暗黒物質粒子を含みます。

彼らのテストでは、研究者は水を-20°C（-4°F）まで過冷却し、さまざまな種類の粒子にさらしました。案の定、彼らはいくつかの粒子が亜原子レベルで凍結を引き起こすことを発見した。

「過冷却水の新しい特性を発見することができました」と、この研究の筆頭著者であるマシュー・シダギスは言います。 「驚いたことに、一部の粒子（中性子）は凍結を引き起こすが、他の粒子（ガンマ線）は凍結を引き起こさないことがわかった。中性子のような粒子は水中で複数回散乱することさえある。粒子だけでなく、1950年代のオレンジ色のウランベースの塗料を使用したフィエスタウェアの「放射性赤」プレートも含まれています。」

これにより、過冷却水の大きな浴槽を適切な暗黒物質検出器にすることができ、チームはこれを「雪だるま式チャンバー」と呼んでいます。暗黒物質は常に私たちの周りに浮かんでいると考えられていますが、通常の物質とはほとんど相互作用しません。過冷却水の分子と相互作用する場合、他のすべての障害が排除されていれば、自然に見える凍結を引き起こす可能性があります。これは、液体キセノンまたは超流動ヘリウムを使用する現在の検出器と同様のメカニズムですが、過冷却水は、大量に製造するのにはるかに安価で簡単な物質です。

研究者たちは、暗黒物質の探索を支援することに加えて、彼らの発見が核兵器の検出にも使用される可能性があると述べています

研究者たちは、暗黒物質の探索を支援することに加えて、彼らの発見が貨物中の核兵器の検出、雲の形成の理解を深め、北極の地上リスなどのいくつかの冬眠哺乳類の解明に役立つ可能性があると述べています 、血液の液体を凝固点以下に保ちます。

研究者は、今週の週末にデンバーで開催された2019年米国物理学会会議で彼らの発見を発表しました。 この研究は公開のために提出されました。