2013/06/30

2. 暗黒物質直接探索実験

 暗黒物質は、4つの相互作用のうち重力相互作用のみで観測されており、電磁相互作用と強い相互作用はしないことがわかっています。もし弱い相互作用をするのであれば、原子核と暗黒物質の反応を捉える事ができるかもしれません。このような暗黒物質をWIMP(Weakly interacting massive particle)と呼び、世界中で探索が行われています。右図さまざまな探索実験の現状のまとめになります。 横軸にWIMPの質量、縦軸にWIMPと標的原子核の反応の強さ を表したものです。

現在、DAMA, CoGeNT, CRESST, CDMSⅡといった実験が質量10GeV程度の暗黒物質を検出したと報告している一方で、世界最高感度のXENON100実験はこれを否定し、かつ超対称性理論で予測されている領域を検証し始めるといった、非常にアツい状況となっています。


 原子核が暗黒物質に跳ね飛ばされて得た反跳エネルギーは、主に発熱・発光・電離といった形で散逸されます。このエネルギーを測定し、暗黒物質以外の原因で起こる偽信号(Background)と区別する実験が、暗黒物質直接探索です。実験によって使用するターゲット原子や信号の種類は様々で、最近ではよりはっきりと偽信号を排除するために2種類の信号を用いる方法が主流です。また、この他にも過飽冷却液体のバブルや反跳原子核の飛跡情報を用いた実験などもあります。