SCI ハテナ?を探る サイエンスの旅

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超微小な「暗黒物質」を検出し、
広大な宇宙の謎を追い求める。

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素粒子 / ビッグバン / 宇宙の95%は未知の物質 / 暗黒物質 / 超微粒子原子核乾板 / グラン・サッソ国立研究所 / 国際的共同研究 / 分野を超えた協力 / 装置の改良によって研究が進展 / 今まで誰も見たことのないモノを見つける

「あるはず」だが捕まえられない「暗黒物質」を
検出するための機械を、独自開発

約138億年前、ビッグバンと呼ばれる爆発的膨張によって始まったといわれる宇宙。その膨張は現在も続いています。その過程で生まれたのが、宇宙を構成する最小単位の素粒子です。原子中の電子や原子核を構成する素粒子は、クォークやレプトン、ヒッグス粒子など、現在では17種類が知られています。しかし、それらをすべて合わせても、宇宙全体の質量の約5%にしかならない。では、残りの95%は?
それが、私が研究対象としている「暗黒物質」「暗黒エネルギー」と呼ばれる、未知の物質です。 「暗黒物質」は銀河の回転速度を測ることによって、その存在が示唆されます。確かに「あるはず」。我々の周囲にも普通に存在し、計算上は指をかざせば毎秒100万発ぐらい指を突き抜けていることになります。しかし、それを確認するのは容易なことではありません。なぜならば、暗黒物質は私たちがよく知っているモノとはほとんど相互作用しないからです。だから、指をかざせばそこを突き抜けるけれども、それを感じることも見ることもできない。
あるはずなのに、捕まえられない。その暗黒物質を検出するために、数年前、独自に『超微粒子原子核乾板』を開発しました。

国際的共同研究、分野を超えた協力。
科学の最先端で研究できる魅力

以前から素粒子の検出には、原子核乾板という特殊なフィルムを用いてその動きを撮影する方法が用いられていました。しかし、エネルギーが低く、動く速度も遅い暗黒物質は、それまで用いられていた原子核乾板での撮影は困難です。より高解像度のフィルム開発をメーカーに相談してもなかなか進まなかったために独自開発に踏み切ったのですが、自分たちの研究に必要なデバイスを自分たちでつくれるようになったことで、研究の自由度は大幅にアップしました。イタリアにあるグラン・サッソ国立研究所には世界各地から研究者が集まり共同研究を行っているのですが、ここにもこの超微粒子原子核乾板の製造装置を持ち込みました。さまざまな国の研究者と共に、暗黒物質の正体に迫る研究をつづけています。
素粒子や暗黒物質の研究のためにはそれを捉える検出器の改良や技術革新が不可欠ですし、検出器がよくなることで新たな研究がさらに拡がるという側面があります。そのためには、乾板の改良のためには化学の知識、観察のための顕微鏡の精度を上げるためにはシステム開発の知識、といったように物理の枠をこえた幅広い知識も必要になってきます。さまざまな分野の最先端技術を吸収するためにアンテナを立て、他分野の研究者とも協力し、議論しながら、研究を進める。難しいけれど、知的好奇心を満たしてくれるおもしろさがあります。
これからも好奇心を持って研究をつづけ、今まで誰も見たことがないモノを見つけたいと思っています。


中 竜大講師

立命館大学理工学部物理科学科卒業後、名古屋大学大学院理学研究科素粒子宇宙物理学専攻に進み、2011年に博士号(理学)取得。名古屋大学高等研究員の特任助教、名古屋大学素粒子宇宙起源研究機構・現象解析センターの特任助教を経て、2019年から現職。

研究内容

● 超微粒子原子核乾板を用いた方向感度を持つ暗黒物質探索
● 暗黒物質や低速荷電粒子における物質内相互作用に関する研究 等

卒業研究例

● 超微粒子原子核乾板によるsub-MeV 中性子の測定
● 局在表面プラズモン共鳴を利用した多波長解析による粒子識別
● 超微粒子原子核乾板における機械学習を用いた飛跡識別に関する研究