マグネター・中性子星表面におけるシュウィンガー効果

真空から生成されたe^±とダークマターとの相互作用

抄録

本論文では、シュウィンガー効果[1–3]によって量子真空から生成された電子-陽電子対(e^±)と暗黒物質粒子(WIMP、χと表記、χは中性スカラーボソンと仮定)との相互作用を調査する。生成されたe^±とχとの反応については、ヒッグス粒子交換によるtチャネル散乱過程を考慮する。ヒッグス交換相互作用では、結合定数の性質により、結合強度は粒子の質量に強く依存する。その結果、入射粒子の質量が大きいほど、相互作用力は強くなる[5–7]。さらに、ヒッグス交換によるχとe^±の相互作用は引力であり、束縛状態の形成の可能性を示唆している。その結果、χはχ^±のような実効的に荷電した粒子として観測される可能性がある。シュウィンガー効果によって真空からe^±対を生成するには、極めて強い電場が必然的に必要となる。したがって、ここではマグネターとして知られる中性子星の表面領域を、注目すべき物理環境として考察する[4]。マグネターは極めて強い磁場を持ちながら高速回転し、電磁誘導によって強烈な電場を生成する。その結果、マグネター表面付近の電場強度は「≳O(〖10〗^17)(V⁄m)」という高い値に達すると推定される。このような条件下では、シュウィンガー効果によってマグネター表面付近に多数のe^±ペアが生成されると予想される。そこで、マグネター表面付近で生成されたこれらの豊富なe^±が、宇宙全体に存在し、中性子星の表面に重力的に引き寄せられると考えられているχ粒子と相互作用する状況を考える。このような状況は、前述の相互作用を引き起こす可能性がある。