宇宙の質量の約85%を占めるとされる暗黒物質は、現代物理学における最大の謎の一つです。この不可視の物質の正体を解明するため、チューリッヒ大学とエルサレム・ヘブライ大学を中心とする国際研究チームは、QROCODILE実験において、これまでで最も軽い暗黒物質粒子に対する記録的な感度を達成しました。この成果は、絶対零度近くまで冷却された超伝導検出器を用いることで実現され、物理学の新たな可能性を示唆しています。
暗黒物質は光を放出、反射、吸収しないため、直接観測が極めて困難です。長年にわたり科学者たちはこの粒子を捉えようと試みてきましたが、その性質は依然として謎に包まれています。QROCODILE実験（Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark matter Incident at Low Energy）は、「軽い」暗黒物質粒子の探索に新たなアプローチをもたらしました。この実験の中心となるのは、0.11電子ボルトという極めて微弱なエネルギー沈着を検出できる最先端の超伝導検出器です。これは、素粒子物理学の実験で通常測定されるエネルギーよりも数百万倍低い値です。
この驚異的な感度により、従来の実験で探求されてきた質量よりも数千倍小さい、極めて軽い暗黒物質粒子の存在を検証する新たな道が開かれました。約400時間に及ぶ科学実験期間中、絶対零度に近い温度で、研究チームは説明不能な少数の信号を観測しました。これらの事象が暗黒物質の兆候であると断定するには至っていませんが、すでに通常の物質との相互作用における新たな限界を設定することが可能になりました。さらに、地球が銀河系内を移動するにつれて暗黒物質粒子が特定の方向からより頻繁に到達するという予測に基づき、信号の到来方向を特定できる能力もこの実験の利点です。将来的な改良により、真の暗黒物質信号とランダムな背景放射を区別できるようになり、その発見に向けた重要な一歩となるでしょう。
プロジェクトの主要科学者の一人であるエルサレム・ヘブライ大学のヨニト・ホッホバーグ教授は、「特に軽い暗黒物質粒子の存在について、初めて新たな限界を設定しました。これは、最終的に長年待ち望まれていた直接検出を達成できる、より大規模な実験に向けた重要な第一歩です」と述べています。プロジェクトの次の段階であるNILE QROCODILEでは、検出器の感度をさらに向上させ、宇宙線から保護するために実験を地下に移す予定です。この進展は、暗黒物質の理解を深めるための継続的な探求における重要な節目となります。この研究は、物理学の最も深遠な謎の一つに光を当てるものであり、宇宙の構成要素に関する我々の知識を大きく前進させるものです。この技術は、量子コンピューティングや高度な光学センシングなど、他の分野への応用も期待されています。