地球磁場観測から探る宇宙のダークマター―超軽量ダークマター探索で世界最高感度達成―

研究者情報

概要

　京都大学基礎物理学研究所の樽家篤史准教授、同大学理学研究科の野村皇太特定研究員、広島大学大学院先進理工系科学研究科の西澤篤志准教授、日本大学生産工学部の姫本宣朗教授らは、宇宙の全エネルギーの約27%を占めながら正体がわかっていない「ダークマター（暗黒物質）」の有力候補である超軽量アクシオンとダークフォトンを探索しました。研究グループは、地球磁場を利用して地球全体を「検出器」とみなす新しい手法を開発しました。

　研究グループは、大気の電気伝導度を考慮した新しい理論手法を構築し、地球－電離層空洞での電磁応答を取り入れることで探索可能な周波数帯を拡張しました。そして、英国地質調査所が公開する約10年分の地球磁場データを用いて、超軽量ダークマターが生み出す極低周波電磁波を探索しました。

　その結果、アクシオンでは広い質量帯で従来の直接探索実験を大きく上回る制限を達成し、一部の質量では約100倍厳しい上限値を得ました。また、ダークフォトンでも幅広い質量範囲で地上直接探索として世界最高感度を達成し、ダークマター起源の可能性がある信号も複数見つかりました。これらの信号が実際にダークマターに由来するかは、今後、世界各地での同時観測による検証が期待されます。

　本研究成果は、2026年5月23日と6月8日に日本の学術誌「Progress of Theoretical and Experimental Physics」（PTEP）に掲載されたほか（それぞれ論文1、2）、2026年5月11日に米国の学術誌「Physical Review D」に掲載されました（論文3）。成果の一部をハイライトした論文は2025年9月26日にPTEPで発表済みです（論文4）。

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