암흑 물질은 대부분의 천문학 자들에게 별과 행성만큼 유형입니다. 우리는 일상적으로 그것을 매핑합니다. 우리는 은하를 빛나는 물질의 덩어리와 함께 암흑 물질의 덩어리로 생각합니다. 우리는 우주 구조의 형성뿐만 아니라 어둠의 측면에서 우주 전체의 진화를 이해합니다. 그러나 10 년간의 정교한 검색은 자료를 직접 감지하지 못했습니다. 우리는 그것이 주조하는 그림자를 보지만 우주의 어두운면이 포함 할 수있는 것을 완전히 알지 못합니다.
그것은 평범한 대상이나 입자가 아닙니다. 오랫동안 배제되어 왔습니다. 이론적 편견은 일반적인 물질과 약하게 상호 작용하는 새로운 유형의 입자를 선호합니다. 이 입자의 수많은 입자가 항상 지구를 통해 흐르고 있어야하며, 권리에 따라 일부는 그 중 일부가 마크를 남기기를 기대할 것입니다. 물리학 자들은 결정을 자랐고 극저온 통로를 채우고, 지하에 깊은 곳을 운반하여 밀도가 큰 입자를 스크리닝했으며, 전혀 보지 못했던 무언가의 통과를 배신 할 열과 빛의 작은 펄스를 보았습니다. 지금까지의 결과는 고무적이지 않습니다. 사우스 다코타 (South Dakota)의 리드에서 룩 실험은 버려진 금광으로 1 마일 지하를 운영합니다. 아무것도 찾지 못했습니다. 중국에서는 Jin-Ping Underground Laboratory의 Pandax 실험은 2.4km의 암석 미만의 터널에서 운영됩니다. 아무것도 찾지 못했습니다. 프랑스 알프스의 Fréjus 근처의 도로 터널에서, Edelweiss 실험은 1.7km 깊이의 실험이 아무것도 발견하지 못했습니다. 그리고 목록은 계속됩니다.
널 결과는 암흑 물질이 숨어있을 수있는 매개 변수 공간의 영역을 빠르게 압박하고 있습니다. 데이터의 가뭄에 직면 한 이론적 물리학 자들은 더 이국적인 입자에 대해 추측했지만,이 후보의 대다수는 더욱 어려워 질 것입니다. 대신 입자 가속기에서 암컷 입자를 생산하기를 희망하여 기본적으로 그들의 존재를 유추 할 수 있습니다. 그러나 큰 Hadron Collider는 이것을 정확하게 시도했으며 지금까지 아무것도 눈치 채지 못했습니다. 일부 이론가들은 암흑 물질이 존재하지 않는 것으로 의심되며 우리의 중력 이론 (유스타인의 일반 상대성 이론)은 우리를 일식으로 이끌었습니다. 일반적인 상대성은 보이지 않는 물질에 의해 함께 붙지 않으면 은하가 날아 다니지 만 아마도 이론은 잘못되었다고 말합니다. 그러나 일반적인 상대성 이론은 다른 모든 관찰 시험을 통과했으며 모든 경쟁 이론은 치명적인 결함이있는 것처럼 보입니다.
모든 문제의 85 %는 알려져 있지 않습니다. 우리의 가장 큰 두려움은 항상 그렇게 남아있을 것이라는 것입니다.
대부분의 실험은 짧았지만 2 명은 암흑 물질을 발견했다고 주장합니다. 두 주장 모두 다른 이유로 논란의 여지가 있습니다. 이러한 특이 치는 잘못되었을 수도 있지만 자세히 살펴볼 자격이 있습니다. 다른 것이 없다면,이 사례는 우주의 다른 모든 이물질 속에서 암흑 물질을 발견하기가 어렵다는 것을 보여줍니다.
그란 사소 실험실의 DAMA/LIBRA 입자 검출기는 이탈리아 북부의 산 아래 1.4km 아래 터널에 설치되어 있으며, 요오드화 나트륨의 결정에서 원자 핵에서 흩어져있는 어두운 미래 입자로 인한 빛의 섬광을 찾습니다. 그것은 13 년 넘게 데이터를 수집 해 왔으며 매우 독특한 것을 보았습니다. 입자 탐지 속도는 계절에 따라 왁스와 웨인이며, 6 월에는 최대이며 12 월에는 최소입니다.
그것이 바로 당신이 암흑 물질에서 기대하는 것입니다. 암흑 물질은 은하계 은하를 감싸는 광대 한 구름을 형성하는 것으로 생각됩니다. 장치로서의 태양계 가이 구름을 통해 움직이고 있습니다. 그러나 개별 행성은 태양 주위의 궤도 운동으로 인해 구름을 다양한 속도로 움직입니다. 6 월의 추정 구름 피크에 대한 지구의 속도와 12 월에는 바닥이 나옵니다. 그것은 지구 기반 탐지기를 통해 어두운 단체 입자가 흐르는 속도를 결정할 것입니다.
DAMA가 통계적 유의성이 매우 높은 계절적 변조를 감지한다는 것은 부인할 수 없습니다. 그러나 다른 많은 입자 공급원도 지하수 흐름 (방사능의 배경 수준에 영향을 미치는)과 대기에서 뮤온과 같은 다른 입자의 생산과 같은 계절에 따라 다릅니다. 마지막으로, 전 세계 5 개의 다른 실험은 Dama의 주장과 일치하지 않는 한계를 주장합니다. 그러나 유일한 방법은 하나 이상의 다른 위치에서 동일한 유형의 검출기와 실험을 복제하는 것입니다. 이제 이러한 실험이 진행 중입니다. 하나는 남극에있을 것이며, 지역 계절적 영향은 이탈리아의 계절적 영향과 매우 다르고 매우 다릅니다.
암흑 물질의 두 번째 흥미로운 힌트는 간접적 인 실험에서 비롯된 것인데,이 실험 자체를 찾지는 않지만, 서로 충돌하고 상호 전멸 할 때 생성 할 2 차 입자의 경우. 2008 년에 Pamela라는 이탈리아-러시아 위성 (반물질/물질 탐사 및 가벼운 핵 천체 물리학을위한 페이로드)은 예기치 않게 많은 수의 양수 인 전자의 반물질 버전 인 깊은 공간에서 나오는 것을 관찰했습니다. 이 관찰은 최근 국제 우주 정거장에있는 알파 자기 분광계에 의해 확인되었다. 한편, 페르미 위성은 은하의 중심에서 최대 20도까지 감마 광선의 확산이 있다고보고했다. 그것은 암흑 물질에서 예상되는 모양을 가지고 있습니다. 은하 센터에 대한 구형 대칭, 중간으로 향하는 강도가 있습니다.
.사실이 되기에는 너무 좋아 보인다. 불행히도, 양전자 및 감마선 관측은 밀리 초 펄서로 알려진 빠르게 회전하는 중성자 별에 의해 설명 될 수있다. Positrons는 생존 가능한 Dark-Matter 후보의 서명과 일치하지 않습니다. 사건을 해결하기 위해, 우리는 positron이 알려진 중성자 별의 방향에서 오는 경향이 있는지 확인해야합니다. 감마선의 변동은 이미 은하 센터 근처의 많은 약하고 해결되지 않은 펄서 소스의 옵션을 선호하는 경향이 있습니다. 또한 감마가 암흑 물질에서 나온다면 천문학자는 근처의 작은 난쟁이 은하에서 비슷한 신호를 감지해야하며, 이는 우리 은하계보다 비례 적으로 더 많은 양의 암흑 물질을 갖습니다. 그러한 신호는 감지되지 않았습니다.
우리의 검색 노력의 대부분은 WIMP로 알려진 가장 간단한 후보자 입자에 중점을 두었습니다 :약하게 상호 작용하는 거대한 입자. “약하게”라는 단어는 이중 entender입니다. 상호 작용은 연약하며 소위 약한 핵무기를 통해 발생합니다. 이러한 입자는 입자 물리학의 표준 모델의 자연적인 확장입니다. 세부 사항을 알지 못하더라도 부사는“약한”부사가 우주를 질식시켜야하는 입자의 수를 계산하기에 충분한 정보입니다. 빅뱅의 뜨거운 원시 수프에서는 입자가 자연스럽게 만들어지고 파괴됩니다. 우주가 팽창함에 따라 온도가 떨어지고 하나씩 다른 유형의 입자가 덩어리에 따라 형성됩니다. 입자는 서로 충돌하기에 너무 확산 될 때까지 상호 작용 강도에 의존하는 속도로 여전히 파괴 될 수 있습니다.
.Wimps가 가져야 할 상호 작용 강도를 감안할 때, 당신은 숫자를 실행할 수 있으며, 초기 우주의 가마솥이 관찰 된 양의 암흑 물질을 만들어야한다는 것을 알 수 있습니다. 생성 된 입자는 수백 개의 양성자 질량에 무게가 있어야합니다. 요약하면,“Wimp Miracle”이라고 불리는 입자 암흑 물질에 대한 자연스러운 달콤한 반점이 있습니다.
그러나 이것은 못생긴 사실에 의해 사망 한 아름다운 가설의 경우 일 것입니다. 물리학 자들은 점점 더 절망 해지고 있으며 먼 2 위 가능성을 고려하는 데 사용했던 옵션을 탐구하고 있습니다.
어쩌면 어두운 산기 입자는 매우 거대합니다. 그러나 기본적인 트레이드 오프가 있습니다. 입자가 더 크면 천문학 자들이 관찰하는 총 질량을 설명하는 데 더 적은 수의 필요성이 적고, 우리의 탐지기가 그것들을 놓칠 수있을 정도로 너무 적을 수 있습니다. 물리학 자들은 완전히 대안적인 검색 전략을 찾아야 할 것입니다. 아마도 이러한 입자들이 오래된 중성자 별이나 다른 천상의 대상에 미칠 수있는 영향을 포함 할 것입니다.
.다른 방향으로 가면 어두운 산기 입자가 너무 가벼워서 탐지기에 많은 마크를 남기지 않을 수 있습니다. 이를 찾기 위해 물리학 자들은 자연이 이미 우리에게 제공 한 탐지기를 사용할 수 있습니다 :태양. 태양은 은하계 어두운 구름을 통해 움직일 때 입자를 쓸어 올 수 있습니다. 이 입자는 태양에서 양성자를 산란시키고 온도 프로파일을 변형시킬 수 있습니다. 그것은 태양의 상부 층에서 상승, 낙하 및 소용돌이가있는 가스 에디의 난류 운동에 영향을 미칩니다. 그리고 우리는 지진학에 의한 지상 지진을 연구 할 때 태양 내부에서 전파되는 교란과 표면에 미치는 장애를 연구하는 Helioseismology의 과학을 통해 볼 수 있어야합니다. 태양의 표준 모델과 조정하기 어려운 설명 할 수없는 헬리오스 학적 이상이 있음이 밝혀졌습니다.
.어두운 산기 입자가 햇볕에 수집되면 코어에서 멸절 될 수도 있습니다. 그것은 일본 중부의 슈퍼 카미오 칸데와 남극의 아이스 큐브 전망대와 같은 탐지기가 볼 수있는 에너지적인 중성미자를 생산할 것입니다. 지금까지 후보 사건은보고되지 않았다.
초경량 중량 입자의 가장 극단적 인 예는 Axion이며, 약하게 상호 작용하는 입자가 양성자의 질량 이하의 약한 상호 작용하는 입자입니다. 완전히 어둡지는 않지만 전자기 상호 작용하여 강한 자기장 공동 내부에서 마이크로파 광자를 생성 할 수 있습니다. 축 탐지를 목표로하는 실험은 1980 년대 이후로 운영되어 왔으며, Wimp 탐지기만큼 성공하지 못했습니다.
어쩌면 어두운 입자는 입자조차 아니지만 한 이론가가 더빙 한 것처럼 "임백트"일 것입니다. unparticles는 에너지가 개별 패키지로 제공되지 않는 전자기장의 먼 사촌입니다. 그들은 Collider 데이터에 간접적 인 추적을 남길 수 있습니다. 아마도 암흑 물질의 정체성에는 단일 솔루션이 없을 것입니다. 결국, 일반적인 물질은 또한 많은 유형의 입자로 구성됩니다. 암흑 물질은 마찬가지로 여러 기여자를 가질 수 있으며, 특정 입자 후보의 추정 시그니처를 희석하여 검색을 더욱 어렵게 만듭니다. 아마도 암흑 물질은 중력을 제외하고는 전혀 상호 작용하지 않을 것입니다. 이것은 실험가의 삶을 더욱 악몽으로 만들 것입니다.
어떤 의미에서, 우리는 모든 과학자가 꿈꾸는 상황에 있습니다. 오래된 아이디어는 작동하지 않습니다. 새로운 것들이 필요합니다. 이것들은 새로운 유형의 입자를 탐구함으로써 나올 수도 있고, 우리는 완전히 암흑 물질과 전적으로 분배되는 완전히 일관된 새로운 중력 이론을 발견 할 수 있습니다.
.잔소리는 자연이 새로운 물리학을 우리가 찾을 수없는 곳에 놓았다는 것입니다. 우리는 WIMP에 대한 검색을 완전히 소진하지는 않았지만 실험이 할 수있는 것이 훨씬 더 많습니다. 그들은 암흑 물질에 더 민감 해짐에 따라 쓰레기 입자에 더 민감 해져서 항상 둘을 구별 할 수는 없습니다. 현재 개선 속도에서 10 년 안에 그들은 태양이나 지구 대기와 충돌하는 우주 광선에 의해 방출 된 중성미자에 의해 눈을 멀게 할 것입니다.
그 시점에서 우리는 여전히 간접적 인 탐지 수단을 추구 할 수있었습니다. 가장 유망한 것 중 하나는 칠레와 La Palma의 100 개 이상의 망원경을 조립 한 Cherenkov 망원경 어레이입니다. 다른 목표 중에서도 우리 은하와 다른 사람들의 어두운 미래 입자를 소멸시켜 생산 된 감마 광선을 찾을 것입니다. 그러나 결국이 검색 전략은 또 다른 문제가 될 것입니다. 현재 Dark-Matter 탐지기는 주요 물리 실험의 가장 경제적 인 중 하나이지만 크기, 민감도 및 정교함을 계속 증가시켜야한다면 가격표는 대형 Hadron Collider (거의 70 억 달러 규모의 건설) 및 James Webb Space Telescope (약 80 억 달러)와 같은 Bearemoths와 경쟁 할 수 있습니다.
어두운 산기 입자를 발견하기위한 가장 강력한 도구는 새로운 입자 충돌기 일 것입니다. 지금부터 약 30 년 동안 빠르게 진행되는 물리학 자들은 LHC의 힘의 7 배로 콜라이더를 건설 할 계획입니다. 중국과 유럽에서는 연구가 진행 중입니다. LHC에서 크게 확장하면 오늘날 달러는 250 억 달러가 소요될 것입니다. 국가들 사이에 공유되고 수십 년 동안 퍼져 나올 수 있습니다. 그러나 아마도 한계 일 것입니다. 물리학자가 무제한 자원을 가지고 있더라도 더 큰 것을 건설함으로써 아무것도 얻지 못할 것입니다. 그 시점에서, 미지의 입자는 너무 방대해야 할 것이기 때문에 더 가벼운 상대와 같은 방식으로 생성 된 입자 였으므로 빅뱅은 충분한 양으로 그것을 생산하지 않았을 것입니다.
.이러한 엄청난 노력에도 불구하고 우리는 신호를 찾지 못할 수 있습니다. 그것은 우울한 전망 일 것입니다. 어쩌면 어두운 문제는 없을 것입니다. 우리는 일반적인 상대성 이론으로부터의 편차를 계속 찾고 있습니다. 지금까지 우리는 아무것도 찾지 못했습니다. 반대로, 중력파로 2016 년에 블랙홀을 탐지 한 결과 아인슈타인의 이론과 그 결론, 암흑 물질의 존재가 강화되었습니다.
그러나 밝은면을보십시오. 자연의 어두운면에 대한 엄청난 신비와 계시가있을 수 있습니다. 지금은 입자를 계속 찾고 있습니다. 우리는 다른 일을 할 수 없습니다.
조셉 실크 (Joseph Silk)는 옥스포드 대학교의 우주 학자이며, Institut d 'Astrophysique de Paris와 Johns Hopkins University에서도 약속을 잡았습니다. 그는 우주 전자 레인지 배경 방사선과 우주 구조의 형성에 대한 연구의 개척자입니다.
이 기사는 원래 에 출판되었습니다 2017 년 2 월 Nautilus Cosmos .
