最先端の実験がダークエネルギー探求を進展させる正確なツールを導入

Tokyoカリフォルニア大学バークレー校の物理学者たちは、ダークエネルギーを探すための最も精密な実験を行いました。この力は宇宙の膨張を加速させるものです。科学者たちは、この現象を引き起こす新しい粒子を探しており、それらの粒子はカメレオンやシンメトロンと呼ばれる可能性があります。

新しい実験にはいくつかの重要な点があります。まず、原子干渉計を用いた精密な重力測定を光格子と組み合わせています。次に、干渉計は自由落下する原子を従来のミリ秒ではなく、数秒間保持します。そして、従来の方法と比べて5倍の精度向上を達成しています。

物理学者たちは、最大70秒間原子を静止させることに成功しました。これにより、非常に小さなスケールでの重力の研究が可能になります。UCバークレーの物理学教授ホルガー・ミュラーは、「重力は量子かもしれない。証明するための実験が必要だ」とその重要性を強調しています。

本研究の目的は、精密な重力測定だけにとどまりません。格子原子干渉計は、さらに以下の用途にも利用できます：

• ジャイロスコープの構築
• 加速度計の作成
• 量子センシング

主著者でポストドクトラルフェローのクリスチャン・パンダ氏によれば、この方法は海上でも使用できるとのことです。原子が一定の位置に留まるため、海底の地形をマッピングすることが可能です。

1998年に科学者たちは「ダークエネルギー」を探し始めました。2つの研究チームが超新星を調査し、その距離を測定しました。その結果、宇宙が予想以上の速度で膨張していることを発見しました。この発見により、彼らは2011年にノーベル物理学賞を受賞しました。

ダークエネルギーは多くの理論があるにもかかわらず、依然として謎のままです。例えば、宇宙の真空エネルギーやクインテッセンスと呼ばれるエネルギー場、そしてカメレオン粒子によって媒介される第5の力などが挙げられます。

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2015年に、ミュラーはアトムインターフェロメーターを改良して「カメレオン」を探しました。真空チャンバー内でセシウム原子を使って実験を行い、その結果は通常の重力のみで、変化は見られませんでした。

新しい実験の目的は、原子をより長い時間安定させることです。COVID-19パンデミックの間、パンダは保持時間を70秒にまで延ばしました。彼はレーザービームの揺れを修正し、温度を調整しました。これらの変更は、2024年6月号のNature Physicsに報告されました。

最近の実験では、保持時間を短縮することで原子の波束間の距離を拡大しました。光格子を使って約10,000個のセシウム原子を10個の原子のグループに分け、その後、これらの原子の波束を量子重ね合わせに分割しました。波束を再び合わせたときに、重力に関する情報を得ることができました。

パンダはアリゾナ大学で新しい装置の開発を計画しています。ミュラーのチームは制御が改善された新しい干渉計を作成しており、それによって感度が100倍向上する可能性があります。彼らは重力の量子面を特定することを目指しています。

この実験は非常に重要なものになるかもしれません。成功すれば、まるで1972年にUCバークレーで行われたフォトンのエンタングルメントの研究のようです。スチュアート・フリードマンとジョン・クラウザーは、その研究により2022年にノーベル賞を受賞しました。

このプロジェクトは、アメリカ国立科学財団や海軍研究所、そしてジェット推進研究所など、いくつかの組織から支援を受けています。共同著者たちは世界中のさまざまな大学から集まり、この重要な研究のためのチームワークを強調しています。