新研究！宇宙に広がる未知の物質「ダークマター」は宇宙の不安定性によって形成されるのか？

・ヒッグス場の不安定性がダークマターの兆候である可能性が、新たな研究で示された。
・ダークマターには、宇宙の初期に形成された多数のブラックホールが含まれている。

現在の理解では、宇宙はビッグバン（137億年前）以来変化し続けており、その変化は宇宙に存在する物質とエネルギーの振る舞いを反映しています。ダークマター（暗黒物質）と呼ばれる理論上の物質をご存じでしょうか。ダークマターは、観測可能な宇宙に存在する物質の質量エネルギーの80％近くを占めています。目には見えないため、研究するのはさらに難しいものです。

私たちの宇宙は不滅ではなく、破壊可能です。なぜなら、「ヒッグス場」（宇宙のあらゆる場所に存在するとされるエネルギー場）が準安定状態にあるからです。標準モデルのヒッグスポテンシャルは、場の値が大きくなると不安定になります。

新しい研究は、この標準モデルの限界に焦点を当てています。ヒッグス場がその最小エネルギー状態に達すると、エネルギー放出は恐ろしく壮大なものになります。ヒッグス場の不安定性は、ダークマターの発生源に大きな宇宙的影響を与える可能性があります。

この研究は、ダークマターが、不安定なヒッグスの揺らぎによって宇宙の初期段階で形成された多数のブラックホールから構成されていることを示唆しています。このようなブラックホールはしばしば原始ブラックホールと呼ばれ、これまでも理論化されてきましたが、標準モデルを超える物理学を必要としない理論はこれが初めてです。

ヒッグス場の変動

写真出典：NASAゴダード宇宙飛行センター

私たちは、準安定な電弱真空にある宇宙に生きているのかもしれません。このことは何年も前からわかっていましたが、最近の研究では、ヒッグス場がより低いエネルギー状態を持っている可能性が示唆されています。

現在、物理学者たちはヒッグス場の不安定性を綿密に調べ、この脅威的な概念がダークマターの形成に関与している可能性を発見しました。彼らは、インフレーションとして知られる宇宙の初期段階におけるヒッグス場の変動を実証したのです。

特定の仮定の下で、これらの変動は、ほぼ1千兆キログラムの質量を持つ巨視的なブラックホールを形成する原因となります。その密度は、ダークマターの予測に比例する可能性があります。

すべてが真実だとしたら？

ここで紹介した理論が実際に自然界で実現したとしたら、次の3つのシナリオが考えられます。

1.標準モデルだけでダークマターのあらゆる側面を完全に説明できます。

これには2つの可能な結果が考えられます。標準モデルは、原始ブラックホールというダークマターの候補を提供し、ヒッグス場の量子揺らぎを通してインフレーションの間に原始ブラックホールを作り出す要因を作り出すのに必要な方法論を提供します。

これら2つの結果（ダークマター候補と原始ブラックホールの方法論）はどちらも、標準モデルを超える物理学が必要だという一般的な通説には従っていません。もしこれが真実だとすれば、ヒッグス場は素粒子の質量だけでなく、宇宙に含まれるダークマターの質量も説明できることになります。

2.原始ブラックホールの方法論は、臨界付近のヒッグス場を人類学的に扱うことができます。これは、宇宙で大きな天体が進化できるように、十分なダークマターを得るために必要であると説明されるでしょう。

3.ダークマターによる原始ブラックホールの説明可能性は、大きな場の値において、ヒッグスポテンシャルに不安定な領域が存在することの重要な兆候を示すでしょう。