ダイヤモンド量子センサによる暗黒物質探査法を提唱―軽い暗黒物質質量の幅広い領域を高感度に探索へ―

　我々の知る原子、分子などの物質は、宇宙に存在する全物質・エネルギーのわずか5％に過ぎないことが、これまでの素粒子や宇宙の研究から分かってきています。残りの95％のうち、27%が暗黒物質とよばれる正体不明の物質、68％が暗黒エネルギーとよばれる謎のエネルギーであるとされています。現代物理学の未解決問題を解決すべく、探索実験が世界各国で精力的に進められています。

　Ernst David Herbschleb 化学研究所特定助教、水落憲和 同教授、千草颯 米国ローレンス・バークレー国立研究所（Lawrence Berkeley National Laboratory）研究員（現：米国マサチューセッツ工科大学（Massachusetts Institute of Technology）研究員）、羽澄昌史 高エネルギー加速器研究機構特任教授、松崎雄一郎 中央大学准教授、中山和則 東北大学准教授らの研究グループは、ダイヤモンド中のスピンと暗黒物質が相互作用することを利用する新たな探索法を提唱しました。既存の技術を用いて、暗黒物質の有力候補であるアクシオンに対し、十分な探索が行われていない、信号周波数にして100 Hz以下、質量にして電子の質量の10¹⁸分の1以下の幅広い領域で世界最高の制限がつけられ得ることを示しました。検出に用いる核スピンの核種を変えることにより、環境磁場などの微弱なノイズと、暗黒物質由来の信号を区別することもでき、今後の精密な観測が期待されます。

　本研究成果は、2025年4月29日に、国際学術誌「Physical Review D」にオンライン掲載されました。