How We Could Solve the Dark Matter Mystery | Chanda Prescod-Weinstein | TED

翻訳: Matsudaira Familia 校正: Natsuki Kominami

When we look at the night sky,

夜空を見上げると

we see a vast cosmos

星と銀河と塵に満たされた

filled with stars and galaxies and dust,

広大な宇宙が見えます

a cosmos teeming with luminous phenomena.

宇宙は発光現象で満ちているのです

So we've all heard some version of that famous Carl Sagan line,

みなさんカール・セーガンの有名な セリフを聞いたことがありますね

"We are made of star stuff."

「私たちは星からできている」

And it's true, we are.

これは本当なのです

And that makes it easy to believe that what matters is what's visible --

これを聞くと 目に見えるものこそ 大事なのだと思いたくなります

us, the trees, the stars --

私たち人間 木々や 星たちのことですね

because it helps us feel connected to everything that we can see.

目に見えるもの全てがつながっている ような気分になるからです

Today, we know that everything visible in the universe

現在 宇宙に存在する 目に見える全てのものは

is composed from a basic set of building blocks

素粒子として知られる 基本的な構成要素から

known as elementary particles.

できていることが 分かっています

We call this incredibly elegant picture

この とてつもなく優美な図は

the standard model of particle physics,

素粒子物理の標準模型と呼ばれ

and we understand it in great mathematical detail.

私たちはこれを 数学的に詳細に理解しています

Comprehending the standard model is an enormous achievement.

標準模型を理解することは 大変な偉業です

But we are now certain that it describes very little of what's out there.

しかし この模型では世界のほんの一部しか 描写できないことが分かっています

It turns out that most of the stuff which fills our universe

宇宙を満たしているものの大半は

is completely invisible to us.

全く見えないことが分かったのです

In other words, visible matter,

言い換えると 目に見える物質

the kind that we and the stars are made from,

私たちや星たちを形成する

the kind that radiates light,

光を放つ物質は

is not what's normal.

普通ではないのです

And we, the luminous matter,

光を放つ物質である私たちは

we are the cosmic weirdos.

宇宙では変なのです

So how do we know?

なぜ分かるのかって？

Well, consider this invisible nonbinary person,

この目に見えない 性別不明の人物は

who's hiding in plain sight inside of their suit.

透明な状態で隠れたまま スーツを着ています

We can't exactly see a person,

その人自体は見えませんが

but we know that they're there, because the suit is filled out.

スーツが膨らんでいるので そこにいるのは分かります

So the presence of the invisible enby

つまり 目に見えない人物の存在が

is governing how the suit hangs in space-time.

時空の中でスーツの膨らみ具合を 支配しているのです

So we can see a similar effect with visible matter.

目に見える物質にも 似たようなことが起こっています

We can see that stars and galaxies are affected

星や銀河は より大きい何か

by the presence of something more,

私たちには全く見えない何かの

something completely invisible to us.

影響を受けています

So we now know that the universe is more queer and fantastical

つまり 宇宙は目に映るよりずっと

than it looks to the naked eye.

奇妙で幻想的なのです

(Cheers)

（歓声）

(Laughter)

（笑）

That's right.

その通り

(Laughter and applause)

（笑いと拍手）

So how did the universe get this way,

宇宙はどうしてこうなったのでしょうか

and what exactly is inside?

そして中身は実際どうなっているのでしょう？

So I'm a theoretical physicist

私は理論物理学者で

with expertise in particle cosmology.

素粒子宇宙論が専門です

And it's my job to use math

数学を使うのが仕事で

to study the origin and evolution of space-time

時空の起源と進化 そして 時空内に存在する

and every single thing that's inside of it.

全てのものを研究しています

I connect the very small -- elementary particles --

非常に小さなものー 素粒子と

with the extremely large -- galaxies and galaxy clusters,

非常に大きなものー 銀河や銀河団をつなぐ研究です

and I'm a griot of the universe.

私は宇宙の「語り部」です

I develop creative mathematical narratives

宇宙の起源譚かもしれない

that may just be our cosmic origin story.

創造的で数学的な物語を 構築してきました

Now as a theoretical physicist, I really love doing math

理論物理学者である私は 数学が大好きです

and coming up with different ideas

大部分が目に見えない宇宙を 描写できるような

that may describe our mostly invisible universe.

様々なアイデアを 考えるのも大好きです

But it's important to be accountable to data too,

しかし データに責任を 持つことも大切です

the real stuff.

現実のモノですね

So after mathematics,

ですから 数学に次いで

my second favorite tool for addressing these large cosmological questions

宇宙論的な問いに対処するための ２番目にお気に入りのツールは

is the biggest laboratory we know,

私たちが知る最大の実験室

the universe itself.

宇宙それ自体です

Observatories with capabilities from visible light

可視光から 高エネルギーのX線や

to high-energy X-ray and gamma-ray photons

ガンマ線の光子まで 観察できる天文台は

are still some of the best ways to gain insight

目に見えないものでできた時空間で 何が起こっているのか

into what's going on in space-time, with the invisible stuff.

理解を深めるのに 最良の手段の一つです

So what you're looking at here is the Vera C. Rubin Observatory,

こちらは ヴェラ・C・ルービン天文台です

an exciting new facility

今後２年で観測が始まる予定の

that's about to see its first light over the next two years.

エキサイティングな新施設です

It's a leading example of a new generation of telescopes

大部分が目に見えない宇宙の 見方を変えることになる

that are going to change the way we see this mostly invisible universe.

新世代望遠鏡の代表例でもあります

Now it's also the case that swarms of satellites

このような地上天文台の画像を 衛星の群れが

threaten images from ground-based facilities like this one.

脅かしているというのも事実です

But the Vera C. Rubin Observatory can help us understand

しかし ルービン天文台は 見えないものがどこにあり

where the invisible stuff is and what it's doing,

何をしているのか 理解すること

which will help us determine what exactly it is.

つまりそれらの物質が何なのかを 究明することに役立ちます

So when it comes to the cosmic accounting,

さて 宇宙についての説明ですが

here is what we know so far.

現時点では 次のようなことが分かっています

We're in the midst of a great cosmic drama,

私たちは宇宙の壮大な ドラマの中にいて

where space-time is curved and it’s expanding.

そこでは時空が歪み 膨張しています

And the history and future of that curvature and expansion

この歪みと膨張の歴史と将来は

is determined by what's inside,

時空の中にあるものが 決定しているのです

which is mostly not visible stuff like us --

時空の５％にすぎない私たちとは違い

that's only about five percent.

それらの大部分は目に見えません

The majority of the energy-matter content in the universe

宇宙にあるエネルギーと物質の 中身のほとんどは

is something that we call dark energy.

ダークエネルギーと呼ばれるものです

So empty space seems to have an energy associated with it.

何もない空間にも 関連のエネルギーがあるようなのです

And that's increasingly affecting how space-time expands.

それが時空の膨張に 大きな影響を与えています

After dark energy,

ダークエネルギーの次は

the second-largest ingredient is something that we call dark matter.

２番目に大きな要素で ダークマターと言われています

So here's the funky thing about dark matter.

ダークマターのファンキーな所は

Unlike dark energy,

ダークエネルギーと違って

it gravitates exactly like visible matter.

目に見える物質と全く同じで 重力が働くのです

But it's completely unlike us in every other way.

しかし 他のあらゆる点で 私たちと全く違います

So you might be thinking,

ダークマターと聞くと

"OK, dark matter.

特定の色があると

It clearly has a color associated with it."

思われるかもしれません

It's dark, like my pants.

私のズボンと同じ黒 ということですね

Right?

ですよね？

But the first thing you should know about dark matter

でも ダークマターについて まず知っておくべきは

is that it doesn't have a color,

色がないというです

and at least at first approximation,

少なくとも初期推定では

light seems to go right through it, so we can't see it.

光が通過するので 目に見えないようなのです

It's invisible, maybe transparent, maybe clear.

透過性なのか 透明なのかもしれません

So if you put out your hands

ですから手を開いて

and think about the weight of having a clump of dark matter in your hands --

その上にダークマターの塊を乗せた時の 重さを想像してもらうと

that's how it would feel,

それがダークマターの触感です

but your hands would look exactly the same.

でもあなたの手には 何の変化もありません

Today, we believe

現在 宇宙で

that 80 percent of the normally gravitating matter in the universe

重力が働く物質の80%が ダークマターだと

is dark matter.

考えられています

Dark matter is dominant on the outskirts of galaxies,

ダークマターは 銀河の端で支配的で

and it affects stellar motions on the edges.

天体の運動に影響を与えています

This effect is actually how Vera C. Rubin and Kent Ford

ヴェラ・C・ルービンとケント・フォードが ダークマターの存在の

found the first substantive evidence for the existence of dark matter.

最初の証拠を見つけるきっかけとなったのも この現象でした

What you're looking at here

この画像は

is an artist's rendering of our own galaxy, the Milky Way,

アーティストがレンダリング処理した 天の川銀河ですが

and it's enveloped in a halo of dark matter,

ダークマターのハローで包まれています

represented here by a blue gas.

青いガスに見えるのがそれです

We believe that every single galaxy,

全ての銀河もしくは ほぼ全ての銀河は

or almost every single galaxy,

ダークマターの ハローの中にあると

lives inside of a dark matter halo.

考えられています

And we think that they're not alone.

しかも単独で存在するのではありません

The Milky Way itself has around 60 gravitationally bound satellite galaxies

天の川銀河は軌道内で およそ60の衛星銀河と

that are in its orbit.

重力で繋がっています

Some of these, you may have seen when observing the night sky,

夜空を観察している時に見たり あるいは聞いたりしたことが

or you may have heard of,

あるかもしれません

like the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud.

大マゼラン雲や 小マゼラン雲などです

Each of these satellites

これらの衛星銀河は

lives inside of its own dark matter subhalo.

それぞれのダークマターの ハローの中に存在しています

So, like the invisible enby in their suit,

スーツを着た透明人間のように

the presence of dark matter

ダークマターの存在は

is affecting how galaxies are distributed throughout space-time.

時空の中での銀河の配列に 影響を与えています

So we can also reverse-engineer where dark matter is --

つまりダークマターの居場所は リバースエンジニアリング可能で

it's represented here by the bluish purple.

この画像では 青紫の部分です

We can look at how images of galaxy clusters

写真から 銀河団が歪んでいる様子

are distorted, which tells us something

すなわち ダークマターが

about how dark matter is distorting space-time.

時空を歪めている様子が分かります

So we know something about how much dark matter there is,

こうして どれだけの量の ダークマターがあるのか

and even how the dark matter is distributed,

そしてどのように配列されているのかも 分かります

but what kind of particle is it?

しかし どんな素粒子で できているのでしょう？

So all that we know

分かっているのは

is that it's beyond standard-model physics.

標準模型の物理学の範囲外に あるということです

It's not like any of the particles that we have ever seen

私たちが見たことがあったり 接触したことのある

or had any kind of contact with.

どんな素粒子とも異なります

Alright, so this seems like a potentially terrifying,

こう聞くと 恐ろしくて 手に負えない

intractable problem,

問題のような気がします

because we're talking about something that we can't see,

目に見えず 触れることもできないものについて

something that we can't touch.

話しているのですから

You might be thinking,

こう思うかもしれません

"OK, they haven't had many ideas about that over the years,

「年月を経ても どんなものか あんまり分かってないのか

because that just seems really hard."

本当に難しそうだもんな」

Right?

でしょ？

So here's the Venn diagram to end all Venn diagrams.

ここに全てのベン図を含んだ ベン図を用意しました

(Laughter)

（笑）

[Theories of Dark Matter]

[ダークマター理論]

So I'll bet y'all a hundred dollars that you can't find a better one.

誰もこれよりいいものを作れないことに 100ドル賭けてもいいです

At least according to me.

少なくとも私から見れば

(Laughter)

（笑）

So Tim Tait created this diagram

この図を作ったのはティム・テイトです

to help us visualize just some of the hypotheses

ダークマターの問題を説明するために

that physicists have had over the years to explain the dark matter problem

物理学者が長年考えてきた 仮説のいくつかが

and how these ideas overlap with each other.

どのように重なり合っているのか 可視化してくれました

So as you all can see, there's a lot happening here, right?

ご覧の通り かなり ごちゃごちゃしてますよね？

And hopefully, it's becoming increasingly clear

しかもダークマターの問題は 銀河や銀河団に関する

that this isn't just an astrophysics problem

天体物理学だけの問題ではなく

of galaxies and galaxy clusters,

素粒子物理学の 問題でもあるということが

but this is also a particle physics problem.

期待も含んでいますが より はっきりわかってきました

In order to understand what's happening on the largest scales,

最大のスケールの 出来事を理解するために

we need to understand something very small,

とても小さいものを 理解する必要があるのです

like a new particle,

新しい素粒子や

or maybe primordial black holes.

原初のブラックホールのようなものです

So you've been looking at this for a moment,

このベン図をしばらく眺めて

and you know what you're all really thinking is,

みなさんは こう思っているでしょう

"What's Chanda's favorite dark matter candidate?"

「チャンダのお気に入りの 候補はどれなんだ？」

Right? This is what you're dying to know?

でしょ？ めっちゃ知りたいでしょ？

So, I'll end the suspense by telling you ...

ではお話します

that my favorite candidate is something called the axion.

私の贔屓の候補は アクシオンと呼ばれるもので

This is the hypothetical particle.

仮説素粒子です

And the first thing that I want to tell you about the axion

アクシオンのことで 初めに伝えておきたいのは

is that it was almost called the higglet ...

ヒグレットと 名付けられそうだったのですが―

(Laughter)

（笑）

And whoever chose "the axion" just completely blew it, OK?

「アクシオン（洗剤の名前）」なんて 付けた人は大失敗でしたね

I'm pretty bummed about that.

私はがっかりしてます

But the axion is a compelling particle, because it's a twofer:

でもアクシオンは面白い素粒子で お得なんです

it addresses a problem that we already had,

現在私たちが抱えている問題

a conflict between theory and experiment

クォーク物理学領域での

in the realm of quark physics.

理論と実験の対立に対処できるのです

"OK," you say, "but, like, how can I visualize it?"

「で どんな見た目なんだ？」と みなさん思ってますよね

At this point in the talk, you should know better, right?

今までのトークの内容で すでにお分かりだと思いますが

Because to first approximation, dark matter is invisible.

そもそも ダークマターは 目に見えないんですよ

(Laughter)

（笑）

But I know you really want a visual,

どうしてもと言うなら

so I'm going to give you one.

ヴィジュアルをお見せします

Here's what it looks like to me, in my everyday work.

私が日々仕事で目にしている アクシオンの姿です

(Laughter)

（笑）

(Applause)

（拍手）

Which is to say, it's OK if this is unintuitive.

直観的に分からなくても いいということです

(Laughter)

（笑）

The universe is a wonderfully strange and fantastical place,

宇宙はうっとりするくらい奇妙で 幻想的な場所です

and that's why humans as a species have always wanted to study it.

だから 人類がいつも 研究したいと思い続けてきたのです

And this is why we have so much fun, trying to understand it.

だから 宇宙を理解しようとするのは 楽しいのです

So how are we going to go looking for the axion

では アクシオンやその他のダークマターを

or any other dark matter particle?

どうやって見つけましょうか

You might think that we have to use traditional particle physics approaches,

伝統的な素粒子物理学的 アプローチを思いつくかもしれません

like colliders, where we smash particles together

例えば粒子加速器で 素粒子をぶつけて

and see what comes out.

何が起こるか確かめる方法です

But astrophysical signals have something to say.

しかし天体物理学のシグナルは こう伝えています

Telescopes from across the electromagnetic spectrum --

電磁スペクトラムをカバーする 天体望遠鏡が―

for example, the proposed NASA facility,

例えば NASAに提案された

the STROBE-X X-ray space telescope --

STROBE-X X線宇宙望遠鏡のような―

can help us potentially determine what exactly dark matter is.

ダークマターが何かを 将来的に究明する助けになります

But telescopes look at the very large.

でも 天体望遠鏡では 大きなものを見ます

How can we use the extremely large to understand something so small?

どうやって極大のものを使って 極小のものが理解できるのでしょう？

Well, in the case of the axion,

アクシオンの例で言えば

it helps to pay attention to its quantum classification.

実は 量子学的分類に 注目できるのです

So all particles come in one of two quantum categories,

全ての素粒子は２つに分類されます

fermions and bosons.

フェルミ粒子とボース粒子です

So fermions, even when things get cold,

フェルミ粒子は 寒くなっても

like to keep their distance from each other.

お互い離れたままでいます

They're antisocial.

社交的ではないんです

That's how it is.

そんなやつらです

Bosons, on the other hand,

ボース粒子は逆で

when they get below a critical temperature,

臨界温度を下回ると

they're like five-year-olds on a soccer field,

５才児がサッカーをしているみたいに

so they don't have a concept of formation,

フォーメーションという概念がなくなり

they just bunch up together.

ひとかたまりになるのです

So in technical terms,

専門用語ではこの編成を

we call this the formation of a Bose-Einstein condensate,

ボース＝アインシュタイン凝縮と呼びます

where all the particles come together and act like one superparticle.

全ての素粒子が一緒になり 超粒子のように振る舞うのです

So importantly, axions are bosons,

大事なのは アクシオンは ボース粒子であるということです

and so now you have a sense of why I like working with them.

なぜ私がボース好きなのか 察してもらえるでしょうか

I'm completely enamored with the idea of axion Bose-Einstein condensates.

アクシオンのボース＝アインシュタイン凝縮が 大好きなんです

So usually, we talk about creating these quantum states in the lab,

このような量子状態を作るなら 普通は実験室で

using atoms,

原子を使って行います

but now,

ですが 実は

we're talking about the possibility of new, maybe galaxy-scale

銀河的なスケールで ダークマターの

Bose-Einstein condensates made out of dark matter.

ボース＝アインシュタイン凝縮を 行える可能性があるのです

So what you're looking at here

こちらの画像は

is a simulation developed by a team that I lead.

私が率いるチームが行った シミュレーションです

It's an axion condensate orbiting a central mass.

アクシオン凝縮が 中央質量のまわりを周っています

So it's like a subhalo orbiting its host galaxy.

サブハローが銀河の周りを 周っているようなものです

Maybe the Large Magellanic Cloud orbiting the Milky Way.

天の川銀河を周る 大マゼラン雲かも知れません

As you can see, over the age of the universe,

ご覧のように 長い宇宙時間の中で

the subhalo starts to get to get torn apart,

サブハローは次第に崩れていきます

and what my team's work shows

このシミュレーションが示すのは

is that the way that this happens with axions

アクシオンが崩れていく様子は

is different than with other dark matter candidates,

他のダークマター候補とは 違うということです

because it goes into this special condensate state.

例の特別な凝縮状態にあるからです

Now imagine the possibility

ここで ダークマター候補が

that there's more than one type of dark matter candidate.

１つではないという可能性を 考えてみてください

Maybe there's more than one type of dark matter particle?

２種類上のダークマター素粒子が あるかもしれないのです

How much richer this picture can be.

もっと面白い画像になることでしょう

There's no cosmic rule that says there can only be one.

１種類しか存在しないという 宇宙の法則はないのです

So in the end,

最後になりますが

I expect the universe to force us to reevaluate what we thought we knew.

私が宇宙に期待するのは すでに知っていると 思っている事象を再考させてくれること

[Making the invisible visible.]

[不可視を可視化する]

When we honor the land and the sky ...

数々の銀河のように

as our galactic relations ...

大地と空 そして土着の考え方に

and their Indigenous stewards,

敬意を払えば

it becomes possible for us to imagine

お互いに良い関係を築く

new ways of being in good relations with each other.

新たな方法の可能性が見えてきます

That's why I, as a Black queer person,

黒人でクィアである私が

am so proud to follow in the footsteps of my ancestors,

夜空 そして時には自由を 観察し夢見た

who studied and dreamed with the night sky,

祖先の足跡を辿ることに

sometimes of freedom.

誇りを持っている理由です

Astronomers like Harriet Tubman,

最近打ち上げられた望遠鏡

for whom the recently launched James Webb Space Telescope

ジェイムズ・ウェッブは 天文学者ハリエット・タブマンの名に

should be renamed.

変えるべきですね

(Applause)

（拍手）

I honor the gay NASA employees who were persecuted

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の 由来となった人物の下で迫害されてきた

under the leadership of JWST's namesake,

NASAのゲイ職員に 私は敬意を表します

even as I share in the tremendous community-wide excitement

もちろん望遠鏡がダークマターについて 教えてくれることについては

for what that facility is going to teach us about dark matter.

コミュニティ全体として わくわくしていますが

And I honor the memory of Vera C. Rubin,

ルービン氏にも敬意を表します

the astronomer who first asked me,

若くておびえた大学院生の私に

as a young, terrified graduate student,

こう質問した天文学者です

"How do you think we should solve the dark matter problem?"

「どうやったらダークマターの問題を 解くことができると思う？」

We live in an amazing time to be doing dark matter research.

ダークマターの研究をするには 絶好の時期に 私たちは生きています

Over the next decade,

宇宙空間と地上にある

we're going to see the universe with incredible accuracy and clarity

新しい望遠鏡のお陰で 次の数十年の間に

thanks to these new telescopes on the ground and in the sky.

宇宙を驚異的な正確さと 鮮明さで知ることができるでしょう

We'll probably get some answers,

おそらくいくつかの解を 見つけるでしょう

but we're going to get a host of new questions.

しかしまた 多くの 疑問にも出会うでしょう

And my team? We're going to be ready.

私のチーム？ 準備できていますよ

So the search for dark matter is on.

そういうわけで ダークマターの探索は始まっています

What's your favorite candidate?

あなたのお気に入りの候補はどれ？

(Laughter)

（笑）

If it's not an axion, you better fix that.

アクシオンじゃないなら 変えたほうがいいですよ

(Laughter)

（笑）

Thank you.

ありがとうございました

(Cheers and applause)

（歓声と拍手）