39巻春の号

第No.153

しんどう

なかはたまさゆき

ニュートリノ振動の発見についてしん どう2016

中畑雅行

かじ た たか あき

きよけんしゅつき

ニュートリノ振動を発見し、梶田隆章先生のノーベル物理学賞に寄与したスーパーカミオカンデ検出器。
かみ おか こう ざん

せっち

ちょう じゅん すい

たくわ

神 岡 鉱 山 の地下 1,000メートルの場所に設 置された水タンクには 50,000トンの超 純水が蓄 えられ、約だいこうけいこうでん し ぞうばいかん

はんのう

とら

11,000 本の大口径光電子増倍管が水中で起こるニュートリノ反応を捉えている。写真は 2005-2006 年
けんしゅつきしゅうふくさいとに検出器の修復工事を行った際に撮ったもの。
ていきょう

う ちゅう せ ん け ん きゅう し ょ かみおか う ちゅう そ り ゅ う し け ん きゅう し せ つ（写真提供：東京大学宇 宙 線研 究 所神岡宇 宙 素粒子研 究 施設）

富山市科学博物館
TOYAMA SCIENCE MUSEUM

2とやまと自然
No.1532016

しんどう

ニュートリノ振動の発見について
なかはたまさゆき

う ちゅうせんけんきゅうしょ

中畑雅行( 東京大学宇宙線研究所

かみおか う ちゅう そ り ゅ う し けんきゅう し せ つ

神岡宇宙素粒子研究施設 )( スーパーカミオカンデ実験グループ代表 )と やま

かみおか

ぶっしつこうせい

そ りゅう し富山に住み、神岡の地下で研究を進めてこら

物質を構成する最小の単位を「素粒子」とよれました梶田隆章先生が昨年ノーベル物理学賞びます。例えば、水は水素原子と酸素原子からという素晴らしい賞を受賞されました。

できていますが、それぞれの原子は中心に原子かじ た たかあき

す ばそ りゅう し

受賞理由は、ニュートリノという素 粒子が

しん どう

しつりょう

すい そさん そ

げん しかく核があり、その周りを電子がまわっています。
げん し かく

ちゅうせいし

こう せい「振動」し、それによってニュートリノが質 量原 子 核 は陽子と中 性子から構 成 されていますを持つことがわかったというものです。
「振動」

が、その陽子や中性子の中に何か構造がないかと言ってもニュートリノがブルブルと震えるわと加速器を使った実験で調べてみたところ、そけではなく、飛んでいるうちに種類が変化してれぞれは 3 つのクォークで構成されていることしまうことをいいます。果物に例えるならば、が分かりました。

しんどう

ふる

ちゅうせいしこうぞう

こうせい

そ りゅう しリンゴを投げたら飛んでいるうちにミカンに変

今までの素粒子研究では、このクォークの中わってしまい、またすこし様子を見ていたら元には更なる構造はみつかっておらず、クォーク（もちろのリンゴに戻 る、といった具合です。

が最小単位、つまり素 粒子であると考えられん、果物ではそんなことは絶 対 に起こりませています。原 子 核 の周りをまわっている電子ん。）「ニュートリノが質量を持つ」ということについてもその中に構造が見つかっておらず、はそんなにすごいことなのでしょうか？

素粒子だと考えられています。

もどぜっ たい

しつりょう

わたし

しつりょう

さらこうぞうそ りゅう しげん し かく

こう ぞう

そ りゅう しう ちゅうりゅうし

私たちの身の回りの物はすべて質量を持って20 世紀には宇 宙 から飛んでくる粒 子や加速いますので、ニュートリノが質量を持っていて器で高いエネルギーに加速された粒 子を使っも当たり前ではないかと思われるかもしれませて、たくさんの素粒子がみつかってきました。

ん。しかし、この発見は今まで 50 年近い年月

今までに発見された素 粒子をまとめると図 1をかけて築き上げてきた素粒子の標準的な理論のようになります。陽子や中 性子を構 成 するに間違いがあることを示すものであり、新たなクォークは、アップクォーク、ダウンクォーク

理 論 が存 在 することを示 す画期的なことでしという種類ですが、その仲間はさらに４つあった。て、全部で 6 種類のクォークがあります ( 図 1しつりょうきず

あま ちがり ろん

そ りゅう しひょうじゅん

り ろん

しめ

そん ざい

しめ

かいせつしんどうりゅうしそ りゅう しそ りゅう しちゅうせいし

だん め

こう せい

だん め

この解説では、ニュートリノ振動がどのようの 3 段 目、4 段 目 )。電子はレプトンとよばれに発見されたのか、ニュートリノが質量を持つる分類に属しますが、電子のように電気を持っことの意義、についてわかりやすくお話ししたているレプトンは他にミュー粒 子 ( ミューオ

いと思います。

ン )、タウ粒子があり、全部で 3 種類です。

しつりょう

い ぎ

そりゅうし

ぞく

りゅうしりゅうし

ニュートリノはレプトンに分類されますが、ひょうじゅん

１．素粒子の標準モデルとニュートリノ

電子のように電気を持っていません。図 1 にしめニ ュ ー ト リ ノ に つ い て お 話 し す る 前 に、示 すようにニュートリノには 3 つの種類があ素粒子とは何か、現在の物理学ではどのようにり、電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、素粒子を理解しているのかについてお話ししまタウニュートリノとよばれています。その名前す。の通り電気をもっているレプトンと対になってそ りゅう しそ りゅう しげんざいり かいとやまと自然No.153νeνµντ

eµτ

ひょうじゅん

2016

そりゅうし

図１．標準モデルにおける素粒子のリスト
はんのう

ろおり、電子ニュートリノが反応すると電子が生1956 年にライネスらが原子炉 でおこなった実

まれ、ミューニュートリノが反応するとミュー験でした。その時に捉えたニュートリノは反電粒子が生まれ、タウニュートリノが反応すると子ニュートリノ ( 陽電子（電子の反粒子）を生タウ粒子が生まれます。

み出すニュートリノ ) でした。1962 年にアメ

はんのう

りゅうし

はんのう

りゅうし

そ りゅう しとら

はんりゅうしクォーク、レプトンといった素 粒子の分類

リカのブルックヘブン国立研究所で行われた実はそれらに働く力が関係します。クォークの験では、反応した際に µ 粒子が生まれるニュー間には「強い力」が働きます。電荷を持ったトリノが見つかりました。これはライネスら素粒子間には「電磁気力」が働きます。すべてが見つけたニュートリノとは異 なる種類でしの素粒子には「弱い力」が働きますが、ニューた。1975 年、パールらが電子の仲間であるタ

トリノは電荷を持たないため弱い力しか働きまウ粒子を見つけました。それに対応して、タウせん。この力はその名前のとおり非常に弱いたニュートリノがあると考えられてきましたが、め、ニュートリノはなかなか物質と反応しない

実際にそれが発見されたのは 2001 年に名古屋わけです。他の力として「重力」もあります

大学の丹羽氏らがアメリカのフェルミ研究所でが、素粒子の世界では非常に小さいのでここでおこなった実験でした。

そ りゅう しでん じ き りょく

そ りゅう し

ひじょう

ぶっしつ

そ りゅう しむ

はんのう

ひじょう

しはんのう

さいりゅうしこと

りゅうし

たいおう

じっさいには無視しましょう。

わいこうライネスらのニュートリノ発見以降、ニュー

そ りゅう ししつりょう

はか素 粒 子 と そ れ ら に 働 く 力 を 説 明 す る、トリノの質量を測ろうとする実験がいくつも行「素 粒子標 準モデル」という理 論が 1970 年頃

われましたが、質量の有限値を示す測定結果は

そ りゅう し ひょうじゅん
ていしょう

りろん

ころ

さかに提唱され、当時から盛んに行われてきた加速りろん

しつりょう

しめ

そくてい

あらわ現れませんでした。
そ りゅう し器による実験はその理論を強くサポートしてきました。

ゆうげん ちせいしつ

素粒子は「スピン」とよばれる性質を持ちます。コマの回転のようにクルクルと回っているふニュートリノの発見の歴史についてすこし様子をイメージされるかもしれませんが、振る

紹 介しておきます。1930 年頃 に物理学者ヴォ舞いがそれによく似ているというだけであって

しょうかい

ころ

そんざい

ルフガング・パウリはニュートリノの存 在をりろん

げんしかく

まにじっさい実際に回転しているわけではありません。走る
ひだりま

理論的に予言しました。原子核が電子を放出し方向に対して反時計回りに回る場合を「左巻き」てその種類を変えてしまう現象をベータ崩壊と時計回りを「右巻き」と定義します。と定義し、よんでいますが、その飛び出す電子のエネルニュートリノ以外の素 粒子は「右 巻き」もげんしょう

ほうかい

ていぎ

ひだりま

みぎま

ていぎ

そ りゅう しみぎま

そんざい

ギーが大きかったり小さかったりすることか「左 巻き」も、両方とも存 在します。しかし、ら、未知の粒子もいっしょに生まれているに違ニュートリノについては、いろいろな実験をいないと考えました。
それがニュートリノです。

行っても「左巻きのニュートリノ」しかみつかニュートリノを初めて実験的に捉 えたのはらず、「右巻きのニュートリノ」はまだ見つかっ

りゅうし

ちがとら

ひだりま

みぎま

3

4とやまと自然
No.153

2016

しょうかいていません ( これについては 5 章でも紹介しまでいる間に他の種類のニュートリノに変ってす )。

しまうことです。3 種類のニュートリノ（電子そ りゅう しはんりゅうしそんざい

ちなみに、すべての素粒子には反粒子が存在ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニューします。ニュートリノの反粒子は「反ニュートトリノ）をこれからは記号を使って、νe、νµ、はんりゅうしみぎまリノ」です。反ニュートリノでは「右巻きの反ντ（図 1 参照）と書くことにしましょう。こ

ニュートリノ」はみつかっていますが「左巻きれらの呼び名はニュートリノが物と相互作用しの反ニュートリノ」はまだみつかっていません。

た際にどのような粒子が作られるかという観点

スピンの性質と質量とは重要な関係がありまで分類分けをしたものであり、「相互作用の固ひだりま

せいしつ

しつりょう

しつりょう

す。スピンが変わるためには質量が必要です。
そうたいせいりろん

よな

そうご

さい

りゅうしそうごじょうたい有状態」とよんでいます。
しつりょう

こと

そんざい

じょうたい

アインシュタインの相 対性理論によれば、光ニュートリノが質量を持つとすると 3 つの異の速度を超えて走ることはできません。また、なる質量の状態が存在しますが、そうした状態質量を持った粒子は光速度よりも遅く走ることを「質 量の固有状 態」とよび、ν1、ν2、ν3 とになります。

表記します。ここですこしびっくりするようなこ

しつりょうりゅうし

こうそくど

おそ

わたし

しめ

ひだりま

しつりょう

じょうたい

しつりょう

じょうたい

かていしんどう

私 たちの目の前に図 2 に示 すように左 巻き

仮定をしないといけません。ニュートリノ振動の質量を持って走るニュートリノがいるとしまが起こるためには、νe、νµ 、ντ（それぞれがしつりょうす。そのニュートリノと同じ方向にニュートリ

しつりょう

自分固有の質 量を持つのではなく、 ν1 、ν2、てきとう

ま

こんごう

前方に向かって走っていたニュートリノはこのν3 が適当に混じっている（それを「混合」とよぶ）必要があります。例えば、νe は 68% がこんごう
じょうたいν1、30% がν2、2% がν3 混合した状態であるとロケットから見ると後方に向かって走っているいった具合です。

ノよりも速い速度で飛ぶロケットに乗ってそのながわたしニュートリノを眺めたとしましょう。私たちのようにみえます。このとき、ニュートリノのス
まピンの方向は変わらないのですが、巻 き方はみぎま「右巻き」になって見えます。
みぎま

そうご

ニュートリノは生まれる時には相互作用の固じょうたいこと有状態として生まれますが、その時には異なる

しつりょうじょうたい

ま質量の状態が混じっているということです。な

かんそく

右巻きのニュートリノが観測されていないこ

んとなく気持ちが悪いように思われるかもしれとから、「ニュートリノの質 量はゼロである」ませんが、現代物理学の基礎となっている「量と理 論的には考えられたのです。そのため、子力学」という理論体系ではそれが許されます。

素粒子標準モデルではニュートリノの質量がゼ量子力学では「不確定性原理」という原理があロであるとされています。

り、ある範囲内ならば質量やエネルギーが揺ら

しつりょう

りろん

そ りゅう し ひょうじゅん

しつりょうげんだい

きそり ろ ん たいけい

ゆるふ か く て い せい

はんい

しつりょう

ゆゆる

いでいることが許されます。ニュートリノが飛こと

しつりょう

じょうたい

こと

しんどう

んでいる間、異なる質量の状態は異なった振動
でんぱん

数で伝 搬していくため、走っている間に ν1、わりあいν2、ν3 の割 合がずれてきてしまい、ある時
かんそく

こと

そうごに観測してみると最初とは異なる「相互作用のじょうたい固有状態」になってしまいます。これがニュー
しんどう

トリノ振動の原理です。
しつりょう

図２：ニュートリノのスピンと質量の関係（本文参照）

しんどう

３．大気ニュートリノ振動の発見
1980 年代初頭、「カミオカンデ」という名
そうち

しんどう

２．ニュートリノ振動とは？
しんどう

ニュートリノ振動とは、ニュートリノが飛んぎ

ふかみおか

けんせつ前の実験装置が岐阜県神岡の地下に建設され、1983 年からデータを取り始めました。カミオカンデは 3,000 トンのタンクに約 1,000 本のとやまと自然No.153

そうち

2016

がいねん

図３：カミオカンデ実験装置の概念図（左）と内部の写真（右）だいこうけい こ う で ん し ぞ う ば い か ん

そうち

とら

大 口径光 電子増倍管を取り付けた装 置でした

なうニュートリノを捉えることができました。

（図 3 参照）。設置された場所は富山県と岐阜県

1989 年には太陽ニュートリノの観 測にも成功の県境にある池ノ山（標高 1,368 ｍ）の山頂直しました。これらの観測によって、ニュートリ下 1,000 ｍのあたりです。

ノを使って天体をみるという新たな研究分野

せっちけんきょうとやま

いけのやまぎふさんちょう

ほうかい

さぐ

かんそく

かんそく

かいたく

カミオカンデの当初の目的は陽子の崩壊を探（「ニュートリノ天文学」）が開拓されました。

ることでした。前節に書きましたように素粒子

その業績によりカミオカンデ実験を率いられの間には強い力、弱い力、電磁気力が働きます

た小柴先生が 2002 年にノーベル物理学賞を受が、それらを統一する理論が 1970 年代に提唱賞されました。

そ りゅう しでんじきりょくとういつりろんていしょうりろん

ぎょうせき

ひき

こしば

かじた

しゅうし か て いされました。その理論が正しければクォークと梶田先生は 1981 年に修士課程の学生として電子は仲間だということになり、クォークで東京大学の小柴研究室に入り、カミオカンデのこわできている陽子が陽電子などに壊 れてしまうかのうせいしさ可能性が示唆されたのです。

ほうかいげんしょう

こしば

けんせつ

建設時期から実験に参加しました（ちなみに筆かじた

こうはい

こしば

者は梶田先生の１年後輩で 1982 年から小柴研
ほうかいたんさく

しかし、カミオカンデでは陽子崩壊現象はみ究室に入りました）。陽子崩 壊を探索するうえつかりませんでした（現在のスーパーカミオカ

でバックグラウンドとなる事象は宇 宙線が大ンデでもまだ見つかっていません）。そこで、「大気気中で反応して発生するニュートリノ（

1984 年末ごろから 1985 年にかけて太陽からニュートリノ」とよばれる）でした。そのためのニュートリノを観測できるようにとカミオカ

梶田先生はバックグラウンドをより良く理解すンデが改造されました。よりエネルギーの低いるという目的で大気ニュートリノの研究を始め現象も捉えることができるようにノイズを落とました。

げんざい

かんそく

かいぞう

げんしょう とらきのうす機 能が付加されたのです。そんな折、1987
ちょうしんせいばくはつ

年には、大マゼラン星雲での超新星爆発にともうちゅう

はんのう

かじた

うちゅうせん

りかいはんのう宇宙線が大気中で反応すると荷電パイ中間子
ほうかい( π± ) が生まれ、それが π→ µνµ と崩 壊して

図４：典型的なミュー粒子事象（左）と電子事象（右）。
（スーパーカミオカンデで取得された事象のイベントディスプレイ）

56とやまと自然
No.1532016そうちがいねん

図５：スーパーカミオカンデ実験装置の概念図（左）と内部の写真（右）
りゅうし

ほうかい

ミュー粒子とミューニュートリノになり、この崩壊で生まれたミュー粒子がさらに µ → eνµνe と崩 壊
りゅうし

ほうかい

して電子とミューニュートリノ、電子ニュート

ろんぶん

象 (1988 年の論文の時点 ) と数が少なかったた
しんどう

め、すべての物理研究者がニュートリノ振動をみといた認めるところまでには至りませんでした。

リノが生まれます。このようにして荷電パイ中

ス ー パ ー カ ミ オ カ ン デ（ Ｓ Ｋ ）は 50,000

間子から νµ が 2 個 と νe が１個 生まれるため、

ト ン の 水 タ ン ク に 約 11,000 本 の 大 口 径ここ

ひだいこうけいこうでんしぞうばいかん

そうち

大気ニュートリノのνµ：νe の比は 2 : 1 になる

光電子増倍管を取り付けた装置ですが（図 5 参はずです。ところがカミオカンデがとったデー照）、有効質量（実際、観測に使える質 量）がタをみたところ、およそ 1.2 : 1 ぐらいの比だっ22,500 トン、カミオカンデの約 25 倍ありまし

たのです。

た。

ひちがここで重要なのはカミオカンデがνµ：とνe の違ゆうこう しつりょう

じっさい

かんそく

しつりょう

あっとうてきＳＫがとった圧倒的に多いデータを使って、い（観測上はミュー粒子（µ）と電子（e）の違い）詳しいデータ解析がおこなわれました。νµ、νeを見分けることができたことです。図 4 に典型それぞれに対してニュートリノが飛んでくる方

かんそく

りゅうしちが的なミュー粒子（µ）と電子 (e) の事象を示しましたが、µ は輪郭がくっきりしたリングパター
りんかく

りんかく

くわかいせきぶんぷ

向の分布を作ってみました。その結果、上からていど飛んでくるνµ は（それは 20-30km 程度しか飛けんしゅつき

とうたつ

ンを作るのに対し、e の方はぼやけた輪郭になばずに検出器に到達します）ほぼ期待通りの数ります。

が観測されましたが、地球の反対側から飛んでりゅうし

ひじょう

かんそく

そもそもカミオカンデは、粒子が非常に速くくるニュートリノ ( それは数千～１万 km 飛ん走った時に発生するチェレンコフ光という光をでくる ) は、 ντ ( タウニュートリノ ) に振 動し使って観測しました。チェレンコフ光は電気をてしまい、数が約半分に減ってしまっているこ

持った粒子が進むときにその進行方向に対してとがわかりました（図 6 参照）
。

かんそく
りゅうし

ひんぱん

しんどう

へかいさい

約 42°の角度で発生する光です。水中で頻繁にこの結果は、1998 年に日本の高山で開 催さ反応して 2 次粒子を生む電子はぼやけたパター

れたニュートリノ国際会議で梶田先生が世界にンになるのです。

発表し、それがニュートリノ振動の最初の発見

はんのう

じりゅうし

カミオカンデにおける大気ニュートリノの問
しんどう

題は、もしそれがニュートリノ振動であるならばものすごく重要なことであり、一方カミオカ
とら

たかだか

ンデで捉 えたニュートリノの数は高 々 277 事

こくさいかじたしんどう

かじたとなりました。会議での梶田先生の発表の後ははくしゅ長いあいだ拍手が止みませんでした。

とやまと自然No.1532016

カナダのＳＮＯ実験は 1,000トンの重水 (Ｄ2Ｏ)を用いた実験であり、νe が重陽子Ｄ ( 陽子 (p)1
こちゅうせいしこはんのう

個と中性子 (n)1 個からできている ) と反応してちゅうせいし

はんのう

重陽子の中性子を陽子に変えて電子を生む反応）、ニュー(νe+D → e-+p+p ; CC 反応とよばれる。
ちゅうせいしぶんかい

はんのう

トリノが重陽子を陽子と中性子に分解する反応
はんのう(ν+D →ν+n+p ; NC 反応とよばれる）の両方
とら

はんのう

とらを捉 えました。CC 反 応は νe のみを捉 えるのはんのうに対して、NC 反応は全種類のニュートリノをとらとくちょう捉えるといった特徴があります。

さんらん

一方、ＳＫは太陽ニュートリノを電子が散乱
はんのう

はんのう

する反 応 (ν+e- → ν+e- ; ES 反 応 ) によってしんどう

うらがわ

図６：大気ニュートリノ振動の様子。地球の裏側でできたちょうきょりミューニュートリノが長距離飛んでくる間にタウニュート
しんどう

しめ

リノと振動する様子を示す。

とらはんのう

捉 えました。ES 反 応では νe とνµ ＋ντ の 1/6
きよとくちょうが寄 与するといった特 徴があります。ＳＫは
かんそく

1996 年から観 測を開始し、2001 年までには
ひじょう

せいど

はんのう

ひんど

そくてい

非常に精度の良い ES 反応の頻度を測定していしんどう

４．太陽ニュートリノ振動の発見ました。

かじた

かんそく

今回、梶田先生とともにノーベル物理学賞を

ＳＮＯは 1999 年に観 測を開始し、2001 年受賞されたアーサー・マクドナルド先生がおにはまず CC 反応の結果を発表しました。このこなった研究は、太陽ニュートリノを使った時点でＳＫの結果とＳＮＯの結果に有意な違いニュートリノ振動の研究です。

があり、それはニュートリノ振動が太陽ニューしんどう

げん

かくかくゆうごう

さい

はんのう

ちがしんどうしめ

太陽のエネルギー源 は中心核 でおきているトリノ問題の答えであることを示 す最初の発核 融合反 応ですが、核 融合の際には νe が発生見となりました。その後、2002 年にＳＮＯ実します。太陽ニュートリノを最初に観測した実験は NC 反応の結果を発表し、独自に CC 反応

験はアメリカのデービス先生（2002 年ノーベと NC 反応の頻度を比較し、太陽ニュートリノ

かくゆうごう はんのう

かんそく

はんのう

はんのう

どくじ

ひんどはんのうひかくル物理学賞受賞）が 1960 年代から始めた実験
えんそでした。この実験では塩 素がニュートリノとはんのう反応して発生するアルゴンの数をカウントしま
かんそく

したが、観測された太陽ニュートリノの強度は

ひょうじゅんあたい

くら標 準太陽モデルが予想する値 に比 べて 1/3 程度しかなく、「太陽ニュートリノ問題」としてころぎろん

1970 年頃から議論されてきました。
カミオカンデは 1989 年に太陽ニュートリノ

かんそく

かんそくの観測に成功し、やはり観測されたニュートリ
ひょうじゅんくら

ノの数が標準太陽モデルからの予想に比べて少かくにんないことを確 認し、太陽ニュートリノ問題をかくにん確認しました。

げんいん

この問題の原因のひとつとしてニュートリノ

しんどう

ぎろん

しんどう

げんいん

振 動も議 論されてきましたが、ニュートリノ
しめ

ひょうじゅん振動が原因であることを示すためには標準太陽よかんそくモデルに依らない観測方法が必要でした。

そくてい

図７：ＳＮＯ実験、スーパーカミオカンデ実験が測定した
よこじく

たてじく

太陽ニュートリノ強度を横軸がνe 、縦軸がνµ＋ντの強度にまとめた図。

7

8とやまと自然
No.1532016

しんどう

かくじつ振動を確実なものとしました。
はんのう

ひんどそれぞれの反応の頻度から求めた νe の強度
しめと νµ ＋ ντ の強度の関係を図７に示 します。
はな

勉先生は、それを説明するために「シーソーきこうりろんていしょう機 構」という理 論を提 唱されています。そのりろん

みぎま

理 論は右 巻きニュートリノはものすごく重いνµ ＋ ντ の強度がゼロから大きく離 れている

りゅうしことがニュートリノ振動の証拠です。また、こニュートリノは現代の宇宙論に残された重要なうしたニュートリノ振動の効果を補正して求め疑問にも答えることができます。

しんどう

しょうこしんどう

こうか

ほせいた太陽ニュートリノの強度は太陽モデルが予想あたい

ひじょう

いっち

みぎま粒子であることを予言しています。この右巻き
げんだいうちゅうろん

ぎもん

わたし

うちゅう

私たちの宇宙はビッグバンによって生まれまうちゅうする値と非常に良く一致し、これによって太陽した。しかし、ビッグバンで生まれた宇宙にはニュートリノ問題は解決しました。

「物質」と「反物質」が同数存在するはずです

かいけつ

はんぶっしつ

うちゅう

そんざい

みわた

はんぶっしつそんざい

が、今の宇宙を見渡しても反物質が存在しませしんてん

ひたいしょうせい

５．その後の研究の進展と今後いこうん。何らかの非対称性がビッグバン以降にあっ大気ニュートリノ、太陽ニュートリノとも自そんざい

然界に存在するニュートリノですが、人工的にさきが作ったニュートリノを使った実験が世界に先駆
けて 1999 年に日本ではじまりました。つくば
こう

ぶっしつ

か そく き けんきゅう き こう

はんぶっしつたおかげで反物質が消えてしまったのです。
やなぎ だ

ふくぎた

みぎま

柳田先生、福来先生は重い右巻きニュートリ
うちゅう

こわさい

りゅうしはんりゅうしノが宇宙の初期に壊れる際に、粒子と反粒子のちがていしょう

違 いを生んだのだという説を提 唱されていましんどうの高エネルギー加速器研究機構で作ったνµ をす。それが正しければニュートリノの振動と反250km 離 れたスーパーカミオカンデでとらえニュートリノの振動に違いがあるはずであり、るという実験 ( Ｋ２Ｋ実験 ) でした。Ｋ２Ｋ実それを検証したいと考えています。そのために

験は 2004 年にはνµ が減っていることを示し、はスーパーカミオカンデよりももっと大きな実大気ニュートリノ振動を確認しました。

「ハイパーカミオカンデ」
験装置が必要であり、

はなしめ

しんどう

かくにん

しんどう

しんどう

ちがけんしょう

そうち

3 種類ニュートリノがある関係で振 動のパという実験が計画されています。また、同じ目ターンも 3 種類存在します。大気、太陽ニュー的のためにアメリカでは液 化したアルゴンをトリノ振動に加えてもうひとつ振動モードがあ使った大規模実験も準備されています。

そんざい

しんどう

しんどう

えきか

だい きぼ

じゅんび

ほうかいるはずでした。それが 2009 年からスタートし陽子崩壊をさぐるうえでのノイズであった大たＴ２Ｋ実験 ( 東海村 J-PARC 加 速器施設か

気ニュートリノから始まったニュートリノ研らスーパーカミオカンデへ 295km 飛ばす実験 )究ですがこの 30 年間に大躍進を遂げてきましによって 2011 年にみつかりました。具体的にた。ニュートリノの研究において、日本は世界は νµ ビームを飛ばして νe に変ることを調べのトップを走ってきました。これからも世界たのですが、2011 年までにその証 拠となる事最先端のニュートリノ研究を神岡の地で進めて象を 6 個みつけたのです。その後も研究は続けいきたいと考えています。

か そ く き し せ つしょうこ

こ

くわられており、さらに詳しい研究が進行中です。
しんどう

かくりつ

ニュートリノ振 動が確 立し、ニュートリノ

やくしん

さいせんたんとかみおかりかい

しえん

ほど

今後ともご理解、ご支援の程、よろしくお願いたい致します。

研究は次のステップへ進もうとしています。
しつりょう

ニュートリノが質量をもつことは分かりました
あたい

くらが、その値 は電子と比 べて 100 万分の 1 以下そりゅうし

ちがうのでしょうか？

質量を持つからには「左巻です。同じ素粒子の仲間なのになぜこれほど違しつりょう

ひだりまみぎまきのニュートリノ」
だけでなく「右巻きのニューそんざいトリノ」( 第 1 章参照 ) が存在するはずですが、しつりょうその質量はいくつなのでしょうか？

すうぶつれんけいうちゅうけんきゅうきこう やなぎ だ

東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構の柳田とやまと自然 第39巻第1号（春の号）（通算153号）平成28年3月15日発行
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