2023年に検出された「不可能粒子」の謎が解けた

自然界でさえ、そのような発射体を「発射」できる現象、星、大変動を私たちは知りません。それは、どう見ても、 「不可能」の助詞。しかし、それは、発見したばかりの物理学者に反して、存在したのです。

技術的には KM3-230213A と名付けられたこの出来事は、それ以来科学界を震撼させてきました。その粒子はどこから来たのでしょうか？そのようなものを吐き出す力を持つ宇宙の怪物がいるでしょうか？現在、マサチューセッツ大学アマースト校の理論物理学者のチームは、その答えを見つけたと信じています。 3年前のあの2月の日に私たちが見たのは、原始ブラックホールの最後の息吹、最後の爆発だったかもしれない。ビッグバンのわずか数秒後に誕生し、138億年間宇宙をさまよった後、ついに私たちの目の前で崩壊した、まだ誰も見ることができないタイプの物体。

研究者たちが正しくて、その研究がちょうど「」誌に発表されたとしたら、物理的なレビューレターこの数字を合計すると、私たちはこれまでに見たことのないタイプの星の死を目撃しただけでなく、ほぼ偶然に、問題の解決策を見つけた可能性があることを示唆しています。 最大の謎の一つ 宇宙論：暗黒物質。

ビッグバンの子供たち

通常、ブラックホールについて考えるとき、核燃料を使い果たした後、自らの重力で崩壊した巨大な星の死骸を想像します。それらは大きくて重く、そして何よりも安定した物体です。彼らはそこにいて、時空の構造の中に快適に座って、何かが彼らの顎に落ちてくるのを待っています。

1970年に、今は亡き英国の物理学者スティーブン・ホーキング博士が、宇宙誕生直後の原初の粒子の「スープ」は非常に熱くて濃かったため、密度のわずかな変動でさえ、星を必要とせずに物質自体が崩壊する可能性があると示唆し、根本的に異なる考えを提案するまでは。したがって、星の「兄弟」とは非常に異なる天体である「原始ブラックホール」が誕生したでしょう。

実際、これらの「ミニ ブラック ホール」は非常に小さく、原子の大きさに圧縮されているとはいえ、小惑星や惑星に匹敵する質量を持つ可能性があります。しかし、ホーキング博士はそこで止まらず、ブラックホールは「完全に黒いわけではない」、つまり現在「ホーキング放射」として知られる弱い熱放射を放出しているとも予測した。

さて、原始ブラックホールに戻りましょう。新しい研究の共著者である物理学者のアンドレア・タム氏は、「ブラックホールが軽いほど、より熱くなり、より多くの粒子が放出されるはずだ」と説明する。そして、ホーキング博士が言ったように、放射線を放出することによって、ブラックホールは質量を失い、より小さく、より熱くなります。 「原始ブラックホールは蒸発するにつれて、ますます軽くなり、したがってより熱くなり、爆発するまで暴走過程でさらに多くの放射線を放出します。」とタム氏は続ける。

その最後の閃光、星よりも古い天体の爆発的な苦痛は、まさに2023年に私たちの望遠鏡が検出したものとなるでしょう。

二つの天文台の問題

しかし、理論の優雅さにもかかわらず、その解釈に疑問を投げかける問題が生じました。 IceCube ニ​​ュートリノ検出器というその名前に問題があります。

IceCube は、南極の南極の氷の下に埋められた巨大なニュートリノ検出器 KM3NeT の「兄貴分」です。KM3NeT は、高エネルギーニュートリノを探して何年も空をスキャンしてきました。問題は、宇宙が時々爆発する原始ブラックホールで満たされていたとしたら（研究者らは、私たちの銀河系の近隣で10年ごとに爆発が起こると推定している）、IceCubeはそれらのまさに「雨」を目撃したはずだということだ。おそらく 220 PeV の「モンスター」ほど強力ではないものの、そのすぐ下の範囲の多数のイベントを記録したはずです。

しかし、IceCube はそのようなものを見たことがありませんし、KM3NeT の 100 分の 1 のパワーでもイベントの痕跡を捕捉したことはありません。地中海の探知機が史上最もエネルギー的な出来事を観測し、より大きくて古い南極の探知機が何も観測していないということがどうしてあり得るのでしょうか?

この矛盾は、原始ブラックホールの仮説全体を覆す恐れがありました。 KM3NeT イベントが間違いだったか、ブラック ホールに関する私たちの理解が不完全だったかのどちらかです。

「ダークチャージ」が登場

しかし、新しい研究は、すべてを変える可能性のある大胆な提案をテーブルに載せます。研究の共著者であるホアキン・イグアス・フアン氏の言葉を借りると、「準極値と呼ばれる『暗黒電荷』を持った原始ブラックホールは、私たちが見落としていたミッシングリンクであると我々は信じている」という。

このアイデアは、これらの小さくて非常に古いブラックホールが質量と回転を持っているだけでなく、追加の特性、つまり電荷に似た「電荷」を持っているが、私たちには見えない物理学の「ダークセクター」に属していると考えています。

この暗電荷は、私たちが知っている電磁力のコピーとして機能し、そのキャリアは、電子よりもはるかに重い仮想の粒子であると考えられます。暗黒電子‘。そして、これはブラックホールの蒸発方法を完全に変えるので重要です。

研究者らが開発した数学モデルによると、実際、この暗黒エネルギーを帯びたブラックホールは通常のブラックホールとは大きく異なる挙動を示すという。それは生涯のほとんどを「準極限」状態で過ごし、非常にゆっくりと蒸発し、中エネルギーのニュートリノ（IceCubeが見るべきニュートリノだが見られなかったニュートリノ）をほとんど放出しない。

しかし、死の最後の瞬間には、ブラックホールは不安定になり、激しく崩壊し、そのすべてのエネルギーを一度に放出します。そして、そこが、KM3NeT によって検出された残忍なエネルギーのピークが発生する場所です。したがって、「ダークチャージ」モデルは、なぜ継続的な「煙」 (IceCube の信号の不在) が見られないのに、最終的な「爆発」 (KM3NeT の信号) が見られるのかを説明します。

「私たちのダークチャージモデルは、論文の最初の署名者であるマイケル・ベイカー氏によれば、より複雑であり、それは現実のより正確なモデルを提供できることを意味します。素晴らしいのは、私たちのモデルがこの説明のつかない現象を説明できることです。」

しかし、もしこれらの原始ブラックホールが本当に存在するなら、一石二鳥になる可能性があるため、この研究の意味はさらに深いものになります。私たちは次の問題を解決できたかもしれない 暗黒物質どこにでも存在しますが、これまで誰も直接検出できなかったものです。

実際、この研究は、暗黒物質はこれまでに見たことのない種類の粒子ではなく、これらの小さな原始ブラックホールでできていることを示唆しています。

イグアス・フアン氏は、「もし我々の暗黒電荷仮説が真実であれば、かなりの数の原始ブラックホールが存在する可能性があり、それは他の天体物理学的観測と一致し、宇宙に存在しない暗黒物質のすべてを説明できることになるだろう。」と述べている。

言い換えれば、ビッグバンから生まれた小さなブラックホールの軍団は、宇宙を結びつける重力の「接着剤」である可能性があります。

検証可能な仮説

さらに、研究者にとって、彼らの仮説は単純な理論的推測ではなく、実験的に検証することができます。彼らの計算によると、前述したように、これらの爆発は私たちの近くで約10年に1回の頻度で発生します。したがって、ベイカー博士は、「2023 年に高エネルギーニュートリノを観測したことは信じられない出来事でした。それは私たちに宇宙への新しい窓を与えてくれました。」と結論付けています。

最も良い点は、何を探せばよいのかがわかったことです。そして今後数年のうちに、KM3NeT やその後継、あるいはおそらく将来の IceCube-Gen2 がこれらの「不可能な」ニュートリノを別の検出した場合、天秤は間違いなくこの理論に有利に傾くでしょう。記事にあるように、我々は「ホーキング放射を実験的に検証する段階にある」ことになるだろう。それだけではありません。私たちはビッグバンで作られた物体の存在を確認し、標準模型を超える新しい粒子（あの謎の暗黒電子）を発見し、暗黒物質の謎を解明したでしょう。

3 年前の 2 月の晴れた月曜日に海に衝突した単一の粒子としては悪くありません。あとは、それと似たものを他に探すだけです。