Hope fades for neutrino dark matter
http://physicsworld.com/cws/article/news/36026;jsessionid=C2F6EB8A487A8AB27FD39AD12BB9B02D
以前はダークマターの候補としてニュートリノが有名だったけど、最近の観測結果と矛盾なく説明するためにはよく知られている３つの香り(フレーバー)をもつニュートリノ(電子、μ、τ)は物質との相互作用が強すぎて候補から外れている*1。ダークマターとなりうる条件としては、安定していて重力(若しくは知られていない第５の力)以外は寄与しない*2ということなので、ホットダークマター(質量が軽い(〜100 keV以下)ため宇宙のそこらじゅうを飛び交っていることから。ニュートリノはその典型例)にかわってコールドダークマター(質量が重く(〜100 GeV以上)局所的に留まっている)が有力候補と目されている。で、考えられる粒子としては、アクシオン(ヒッグスのようなスカラー粒子。自分自身か光子との弱く相互作用する。”強いＣＰ問題”の解決に必要と考えられている。)や安定な軽い超対称粒子(ＬＳＰ)、もしくは隠れたセクターに含まれる新粒子、などモデルは鬼のように存在するが実験や観測ではいずれも見つかっていない。
ホットダークマターは死んだと思っていたけど、ここはモデル屋さんの恐ろしいところで、ニュートリノの４番目のフレーバーを考え出しているらしい。これは、ニュートリノに特有のフレーバー振動(ニュートリノが質量を持っていると振動するようにフレーバーが混合した状態に変化する現象)が実際の実験と理論的に考えられる予想と矛盾する結果が１９９９年にロス・アラモス国立研究所にあるLiquid Scintillating Neutrino Detector(LSND)の実験で見つかったことから考え出されたものらしい*3。LSNDのニュートリノ振動実験では、太陽ニュートリノ測定と大気ニュートリノ測定で出されたニュートリノ振動を再現できなかったというもので、さらなる追加テストをフェルミ国立研究所のMiniBooNE(Mini Booster Neutrino Experiment)実験で行われている。最も最近のデータはLSNDとは異なる結果が２イベント見つかったとか。
具体的には、反μニュートリノと反電子ニュートリノの振動をLSND実験では測っていて、標準模型で予想される反μニュートリノと反電子ニュートリノの２乗質量差は
0.6 eV^2 < Δｍ^2 < 2 eV^2
なんだけど、観測では
Δｍ^2 〜 0.00003 eV^2
となっていてかなり違っている(最近はどうも２つのシナリオがあるらしく、Δm^2〜7 eV^2かΔm^2 < 1 eV^2)。これを説明するために持ち出したのが"sterile"ニュートリノ。直訳すると不妊ニュートリノ。こいつの候補としては右巻きニュートリノもしくは新しい世代のニュートリノなんじゃないといっているが、実のところよくわからない。この不妊ニュートリノを仲介して反μニュートリノから反電子ニュートリノに振動していればLSND実験を説明できるかもといっている。いわゆる現象論のお決まりのパターン。
それで、不妊ニュートリノの正体がよく分かっていないことをいいことに、こいつダークマターの有力候補になるじゃんと一部で熱をいれて祭り上げられたんだけど、銀河中心からくる宇宙γ線測定(INTEGRAL衛星)の観測結果*4から上限値が決まってしまった(不妊ニュートリノのγ線を放射する崩壊から質量とニュートリノ混合角を評価する。崩壊によるγ線かどうかの判断法があるらしい)。ダークマターは宇宙全体の物質構成の２５％を占めていると考えられるもんだから、新粒子は重くてたくさんないと説明し難いため重ければ重いほどモデル屋は嬉しい。逆にいえば上限値が決まっちゃうと、これダメかも・・・、という雰囲気になってしまう。論文ではまさにがっちりと上限がつけられてしまい、下限値も実験から決まっているもんだから、結局残った領域は１０keVから４０keV。これじゃ軽すぎるってことで、トーンが下がってしまい、まあダークマターに含まれてるかもしれないけど、でも別になくてもいいや他にもいるから、と興味がなくなってしまったのが最近の状況。
まあ、銀河衝突やＣＭＢなんかの観測結果はコールドダークマターしか説明できないと考えられているから今さらって感。マヨラナかどうかとか別の方面では興味深いものではある。
