How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

翻訳: Masayuki Honda 校正: Tomoyuki Suzuki

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

オンタリオ州北部の 地表から２kmよりも深い地下に

suspended in 345,000 liters of ultra-pure water,

34万5千リットルの 超純水の中に浮かんでいる―

there’s a perfect sphere.

完全な球体があります

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

それには 3600キログラムの 液体アルゴンが入っており

cooled to -180 degrees Celsius.

マイナス180℃まで冷やされています

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

科学者は 継続的にこの容器を地上から監視し

looking for a glimmer of light in the darkness.

暗闇の中に光るかすかな光を探しています

Because down here,

ここは

deep beneath the Earth’s surface and cocooned in a watery shield,

地表から地下深く しかも水でできた遮蔽物で守られており

that light would indicate the presence of one of the universe’s greatest mysteries:

そのような光は 宇宙で最大の謎の１つである あるものの存在を示唆するからです

dark matter.

暗黒物質のことです

All the matter we can see, planets, stars and galaxies,

私たちが見ることができる物質は全て 惑星であれ 恒星であれ 銀河であれ

doesn’t create enough gravitational pull

宇宙のより 大規模な構造を説明する上で

to explain the universe’s larger structure.

十分な引力を生み出しません

It’s dark matter, which is estimated to make up 25% of the known universe.

暗黒物質こそが 既知の宇宙の25%を 構成していると推定されています

But despite its prevalence,

ですが その遍在にもかかわらず

so far we haven’t been able to detect it directly.

今までのところ 直接的には 検知できていません

It’s no small challenge.

それは 決して小さな挑戦ではありません

Dark matter was so named because it doesn’t interact with any type of light,

暗黒物質は いかなる種類の光とも それが可視光であれ その他の光であれ

visible or otherwise,

相互作用をしないために そう名付けられました

which means our usual observation tools

それは通常の観測機器では

simply don’t work when trying to observe it.

観測しようとしても 全く機能しないことを意味します

But while dark matter may not be visible in the electromagnetic spectrum,

ですが 暗黒物質は 電磁スペクトルでは 見れないかもしれませんが

it’s still matter,

それでもなお物質ですので

so we should be able to measure its interactions with other matter.

他の物質との相互作用を 測定できるはずです

And if our current model of physics is correct,

そして もし今の物理学のモデルが 正しいならば

billions of sub-atomic dark matter particles

何十億もの原子より小さい 暗黒物質である粒子が

are passing through the Earth every second.

地球をどの瞬間でも通過しているのです

Despite the prevalence of dark matter,

暗黒物質の遍在にもかかわらず

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

その相互作用は 稀であり 極度に弱いと 予測されています

To detect these interactions,

これらの相互作用を検知するために

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

暗黒物質の実験は 非常に感度を 高くしなければなりません

With such sensitive equipment,

このように感度の良い装置であっても

the ever-present background radiation on Earth’s surface

地表に常に存在する環境放射線が

would create so much noise in the data

データにとても多くのノイズを 生じさせるので

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

暗黒物質の粒子を示すどんなデータも 完全に隠れてしまいます

It would be like trying to hear a pin drop on a busy city street.

賑やかな都会の通りで ピンが落ちるのを 聞こうとするようなものです

To solve this problem,

この問題を解決するために

scientists have had to dig deep into the Earth.

科学者は 地球の奥深くまで 掘る必要がありました

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

暗黒物質の実験は 特別な地下の研究室で組まれており

either in mines or inside mountains.

それは鉱山か山の内部にあります

The rock that makes up the Earth’s crust works like a filter,

地殻を構成する岩盤が フィルターのように働き

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

放射線を吸収し 問題を起こす粒子を止めます

The ultra-pure water in which the detector is suspended

検知器を中に浮かせている超純水によって

adds an additional layer of radiation filtering.

放射線を通さない 追加の層が加わっています

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

この遮蔽は 科学者が探している 粒子のみが

can make their way into the detectors.

検知器の中に入ることを確実にします

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

いったん これらの粒子が 実験装置の内側の容器に到達すると

scientists have a chance of detecting them.

科学者は 検知の機会を得ます

The detector media are chosen because they’re exquisitely sensitive detectors

検出媒体には 純度を極めて高めることが出来て

that can be purified extremely well.

見事なまでに感度の良い検知物質が選ばれます

These could be a liquid noble gas,

これらには 液化した希ガス

germanium

ゲルマニウムや

and silicon crystals,

シリコンの結晶

a refrigerant,

冷却材 あるいは

or other materials.

その他の物質があります

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

入射した暗黒物質が相互作用すると 存在を明らかにする証拠 ―

such as light or bubbles,

光や泡といったものを残します

which can be picked up by the sensors inside the detector.

それらは 検知器の中のセンサーで 捉えることができます

The detector media are held in a central chamber made of glass

検出媒体は ガラスか 特殊なアクリルでできた

or a special type of acrylic.

中央にある容器内に 封入されています

These chambers have to be able to hold the substance inside

これらの容器は その内部に検出媒体を

without interacting with it

相互作用を起こすことなく保持し

while withstanding incredible pressure from the water outside.

しかも 外側の水から受けるすごい圧力に 持ちこたえなければなりません

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

内側の容器は 高性能なセンサーに囲まれています

designed to detect even the tiniest blips of light,

ごく僅かに発生した光や

or the sound vibrations caused by a single bubble.

１つの泡による音の振動でさえ 検知できるよう設計されています

Each sensor records data 24/7,

各センサーは 毎日24時間 データを記録します

and experiments run for months and years at a time,

１回の実験は何年何か月もかけて行われ

generating terabytes of data every day.

毎日何テラバイトものデータを 生み出しています

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

暗黒物質の検知器をつくることは 物理学上の偉業であるのと同様に

as it is a feat of physics.

工学上の偉業でもあります

By the time an experiment is ready to start collecting data,

データ収集の開始準備が整うまでに

years or decades of work and investment have already gone into it,

何年 何十年に渡る労力と

to the tune of tens of millions of dollars.

何千万ドルにもなるお金が 既につぎ込まれています

As of 2017, no dark matter particles have been directly detected.

2017年現在 暗黒物質の粒子は まだ直接的には検知されていません

That’s not entirely surprising.

そのことは 全く驚きではありません

Physicists expect these interactions to be incredibly rare and difficult to detect.

物理学者は このような相互作用は非常に稀で 検知は難しいと予期しています

In the meantime,

その間に

scientists continue to develop new technologies

科学者は 新たな技術を開発し続け

and increase detector sensitivity,

検知器の感度を高めることで

closing in on where dark matter is hiding.

隠れ潜む暗黒物質に 迫っているのです

And when they find it,

そして 見つけたとき

we’ll finally be able to bring the universe’s darkest secrets into the light.

最終的には 宇宙の最も「暗い」秘密を 明らかにすることができることでしょう