新しい研究は、もし暗黒物質が「暗黒光子」で構成されているなら、科学者たちが想像していたように初期宇宙を加熱しなかったであろうことを示唆している。この発見が確認されれば、宇宙で最も謎に満ちた物質の探索におけるパラダイムシフトを意味する可能性がある。

暗黒物質は、星、惑星、私たちの体を形成する通常の物質よりも5倍豊富であるにもかかわらず、実際には目に見えないため、依然として謎に包まれています。これは光と相互作用しないためです。電子、陽子、中性子とは異なり、光との相互作用がないため、素粒子物理学の標準モデルを超えた粒子の探索が推進され、その結果、暗黒物質の仮説候補がいくつか誕生しました。

これらの候補の中には、従来の光子の機能である電磁気以外の力を運ぶことができる光子の暗黒宇宙版となる暗黒光子も含まれている。

かつて、科学者の間で主流となっていた理論は、初期の宇宙を満たしていた高温で高密度のプラズマの中にある間に、暗い光子は通常の光子に変化するというものだった。このプロセスにより、すでに熱せられているプラ​​ズマがさらに加熱され、検出可能な暗い光子の痕跡が残ることになります。

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このようなシナリオでは、多くの宇宙論的観測によって暗黒光子の存在が除外されるほど、暗黒光子の存在に関する検索パラメーターが厳密に制限されました。

しかし、新しいコンピュータシミュレーションは、暗い光子の拒絶がやや性急だったかもしれないことを示している。重大な温暖化が起こる前に、暗黒光子から通常の光子への変換が停止したであろう。

この新しい理解により、以前は除外されていた検索パラメーターがゲームに戻されます。

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メリーランド大学の研究チームのメンバー、アンソン・フック氏は、「これらの除外結果は、暗黒物質の強度が実際の強度よりも10の8倍弱いはずであることを示唆している」と述べた。同氏は、「この論文は、暗黒物質の探索に多くの新たな可能性を開くものだ」と付け加えた。

この調査の背後にあるチームは、関与するエネルギー量が疑わしいほど大きいことに気づいたとき、暗い光子の光子への変換が以前に想定されていたほど単純ではない可能性があるという兆候に気づき始めました。問題は、このプロセスが直線的であると考えられていたことにあると彼らは疑い始めました。つまり、放出されたエネルギーは徐々に着実にプラズマに変換されます。

「過去15年間の治療は線形治療だ。この近似を使えばエネルギー伝達量を計算できるが、その量は非常に大きい」とペリメーター研究所チームのメンバー、ファン・ジュンウ氏は語った。彼は「そして、それは不可能だと悟った」と認めた。

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最初のコンピュータ シミュレーションを実行したとき、Huang 氏と彼の同僚は、線形プロセスでは状況を完全に表現できないことに気づきました。

「私たちが気づいたのは、エネルギーを標準モデルのプラズマに変換すると、プラズマが実際に狂ってしまうということです」とフアン氏は語った。 「システムには多くの非線形性があり、これらの非線形性は基本的に、少量のエネルギーが変換されるとエネルギー変換を停止します。」

この研究は、暗い光子が存在する可能性のあるパラメータの大幅な拡大を表しており、この比喩的な「狩猟場」を大幅に拡大しています。さらに、素粒子物理学の標準モデルを超える仮説上の粒子の探索にも影響を与える可能性があります。

「初期宇宙のプラズマを正確に計算することで、実験では新しいパラメータ空間が調査され、実際に何かが見える可能性があります」と同じくペリメーター研究所チームのメンバーであるモハマド・シャラビー氏は述べた。