見えない暗黒物質:アクシオンを探す| 福井大学教授小川泉先生

福井大学工学部応用物理学科教授小川泉先生

見えない暗黒物質:アクシオンを探す

福井大学
工学部応用物理学科

教授小川泉先生

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30分のミニ講義を聴講しよう！ダークマターの正体？　アクシオンとは

我々が生きている地球・天の川銀河、それらを含む宇宙の成り立ちに深くかかわってきたと考えられるダークマター。その正体は今も不明ですが、有力な候補と考えられているのが、未知の素粒子アクシオンです。どうやって発見するのか、考えてみましょう！

先生からのメッセージ

「勉強」は正解を得ることが目的ですが、「研究」は正解を誰も知らない未知の世界への挑戦です。おそらく会社などでの仕事も同様で、100個の企画を考えて1つ実現するか否かでしょう。大事なことは、失敗したらすぐに別の方法に移るのではなく、失敗の原因を探ることだと思います。一見遠回りに見えて、実はこれこそが研究の王道です。
私の研究テーマの一つであるダークマター（暗黒物質）の正体はまだわかっていません。つまりこれまでは世界中でみんな失敗しているわけです。それだけに、やりがいがあって楽しいのです。

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夢ナビ講義も読んでみよう宇宙進化の鍵を握るダークマターの正体を探る

どこにでもあるのに見えない何か宇宙で人間が認知している原子などの物質は全体の5％しかなく、68％がダークエネルギー、27％がダークマターと呼ばれる未知の存在です。それが実在することはさまざまな観測結果が示しており、理論上の整合性も取れることから、世界中の研究機関が正体を探ろうとしています。しかも、宇宙のどこかにあるというのではなく、私たちの身の回りにもたくさん存在しているはずなのです。ダークマターは確かに存在する例えば、銀河系を見てみます。その中心には分厚いバルジが存在し、外側の円盤の回転速度は太陽系と同じように、ケプラーの第三法則によって中心から離れるほど遅くなるはずですが、観測結果はこの予想を裏切るものでした。とすると、質量は中心に集まっておらず、銀河系全体を覆うように「何か」が存在していると考えれば辻褄（つじつま）が合います。その「何か」が、ダークマターの塊であるダークハローと考えられているのです。
もう一つわかりやすいのは「重力レンズ効果」です。一般相対性理論によると、重い質量があるとき光は曲がります。ある天体観測の結果によれば、遠くの銀河系が（光が曲がった結果）ゆがんで見えていることが明らかになりました。ということは、その銀河系と観測者である私たちとの間に、見えない巨大な質量があることになります。
このような観測の積み重ねで、ダークマターの理論は組み立てられてきました。ダークマターは素粒子理論で予言されながらも未発見の「ウィンプ」や「アクシオン」という素粒子が有力候補とされています。宇宙進化の鍵を握るダークマターの正体を探ろう宇宙はインフレーション、ビッグバンを経て生まれたと考えられ、わずかに生じた密度のムラに物質が集まって星が生まれたとされています。ところが、詳細な計算機シミュレーションによると、見えている通常の物質だけでは、銀河系などを形づくることができません。つまり、見えないダークマターこそが、宇宙の進化とそして私たち人類の誕生を決定づけた重要な要素なのです。