ニュートリノ（速度,質量）相対性理論と量子論掲示板

6：ニュートリノ掲示板：2011/09/26(月) 19:10:27: （＊）「ニュートリノで輝く宇宙　カミオカンデから」
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編：日経サイエンス編集部

何でも通り抜けてしまう素粒子ニュートリノ。奥飛騨山中にあった観測施設カミオカンデと後継のスーパーカミオカンデによって，謎に満ちた幽霊粒子の研究が飛躍的に進展し，物理学と天文学を革新した。日本のニュートリノ研究のリーダーだった戸塚洋二博士の協力を得て，その歩みを振り返り，将来を展望する。

＜まえがき＞
　ニュートリノは不思議な素粒子だ。物質を構成する粒子，例えば陽子や中性子，電子などとほとんど相互作用しないので，あらゆるもの，例えば岩でも人間でも，果ては巨大な星すら素通りしてしまう。光や物質と違って，目には見えないが，珍しい存在では決してない。ニュートリノは宇宙誕生直後，物質粒子とともに膨大な数が生み出され，今も宇宙のあちこちで作り続けられている。核分裂反応や核融合反応，放射性元素の崩壊が起きるには熱エネルギーとともにニュートリノが生み出されるからだ。
　もし私たちがニュートリノを見ることができたら，太陽などの星々は，光と同様，ニュートリノでもまばゆく輝いているのを目にするだろう（恒星は核融合でエネルギーを生み出している）。私たちの足もと，つまり地球もニュートリノでぼんやりと明るくなっている（地球は放射性元素の崩壊でかなりの割合の熱を賄っている）。そして人類もまた日々，ニュートリノを生み出している。核分裂反応による熱を使う原子力発電所は結果としてニュートリノ生産工場ともなっているからだ。私たちは，宇宙誕生以来，さまざまな形で生み出され，宇宙を満たしているニュートリノの海の中で暮らしていると考えてもよいかもしれない。
　しかし，人類がそうした認識を持つに至ったのは20世紀も終わり近くになってのことだった。ニュートリノは詳しいことがよくわからない謎に満ちた素粒子だったからだ。1930年に理論的に存在が予想されたものの，原子炉を使った実験で初めて検出されたのが26年後の1956年。光と同様，重さがないとされたが，質量がゼロであることを示す確たる実験データはなく，さまざまな状況証拠から「おそらくゼロだろう」という，極めてあやふやな状況が続いていた。太陽から地球にやってくるニュートリノについては1960年代後半，その飛来が間接的にとらえられたが，見積もられた飛来量は理論予想よりはるかに少なく，観測データに疑いを持つ研究者も多かった。
　状況が大きく変わったのは1987年。奥飛騨の山中にあったカミオカンデという素粒子物理学の実験装置が示したデータだった。宇宙的スケールで見て，地球に近いところにある老いた巨星が大爆発すると，私たちは，それを夜空に突如出現した，まばゆい輝きを放つ見慣れぬ星「超新星」として眺めることになる。ところが理論は，超新星は光で輝き始める数時間前に，天文学的な量のニュートリノを一挙に放出することを予言していた。カミオカンデは，その予言通り，大マゼラン雲（地球から16万光年ほど離れた天の川銀河の随伴銀河）に出現した超新星からのニュートリノの飛来を，爆発光の到来より数時間早くキャッチした。超新星ニュートリノの観測自体，世界で初めてのことで，これによって超新星ニュートリノの存在が確かなものになり，超新星の理論も検証されることになった。
　カミオカンデは太陽から飛来するニュートリノの直接観測にも世界で初めて成功した。高い信頼性がある観測データから見積もられた太陽ニュートリノの飛来量は，やはり理論予想より大幅に少なく，大きな謎となった。その謎は，カミオカンデの後継として，同じく奥飛騨山中に建設されたスーパーカミオカンデによって解明された。太陽ニュートリノの飛来数が理論より大幅に少ない理由は，ニュートリノが質量を持つことによって必然的に起こるニュートリノ振動という現象によってもたらされたのだった。

（以下、続く。）

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