新学術領域研究 ニュートリノフロンティアの融合と進化ニュートリノってなに？

ニュートリノは「ニュートラル＝電気を帯びていない」「イノ＝（イタリア語で）小さい」という意味の名前を持った素粒子のひとつです

ニュートラル で イノ な 素粒子

ニュートリノ !

じゃあ素粒子ってなに？

素粒子とは物質を構成する最小の要

水

素です！……これだけではよくわかりませんね。
例えば、水は水分子という分子が集

分子

水分子

まってできていて、それをよく見ると
水素原子２個と酸素原子１個がくっついたものになっています。
酸素
原子

その原子はどうなっているのかとい

水素
原子

原子

うと、中心にある原子核とそのまわりを回っている電子でできています。
酸素
原子核

さらに原子核の中を見ていくと、陽子

原子核と中性子があります（水素原子核は陽子1つだけです）。この２種類の粒子を核子といいます。

中性子

陽子

核子

では、核子の中はどうなっているのでしょうか。核子はクォークと呼ばれる粒子が3つ集まってできています。

アップ
クォーク

ダウン
クォーク
クォーク

このクォークや電子が物を構成する

電子

最小の要素、つまり素粒子です。現在のところ、これ以上小さく分けることはできないと考えられています。

素粒子

レプトン

フェルミオン（物質粒子）u

クォーク

アップクォークc
チャームクォーク

sd
ダウンクォークt
トップクォークが属する6種類のレプトン、これらの間で力を運ぶゲージ粒子、質量（重さ）を与えるヒッグス粒子があります。

b

ストレンジクォーク

素粒子には、6種類のクォークと電子

ボトムクォーク

さらにそれぞれの素粒子に対して、
電気の符号が反対の性質を持つ反粒

µ–

τ–

ミュー粒子

タウ粒子

νe

νµ

ντ

らわかるように、非常に強く結びつ電子
ニュートリノミュー
ニュートリノタウ
ニュートリノく素粒子です。逆にレプトンは結び

e–

レプトン

電子

W+

γ

W-

Z0

光子

ヒッグス
粒子

す。クォークは原子核を作ることかつきが弱く、単体で存在します。私

ボソン
ゲージ
粒子

子と呼ばれるパートナーが存在しまグルーオン

ウィークボソンH0

たちのまわりにある水や花、宇宙、そして私たち自身も、これらの素粒子からできているのです。ニュートリ
ノはこのレプトンの中の粒子です。

ヒッグスボソン

ニュートリノの発見！

1930年、パウリという学者が中性子のことを調べていて、とある問題にぶつかりました。パウリは電気を帯びていないとても小さくてとても軽い粒子があれば、その問題が解決できると考えました。しかし、どんな物の中もすいすいと通り抜けてしまう
ようなこの小さくて軽いお化けのような粒子を見つけることはできないだろうと思っていました。3年後、このお化け粒子について研究をしていたフェルミという学者は、
これをニュートリノと名づけました。
1956年、原子炉を使った実験でライネスとカワンという学者が、初めてニュートリノを見つけることに成功しました。ライネスはこの功績により、ノーベル物理学賞を受賞しています。

どんな性質なの？

たくさんある！
私たちの周りにはたくさんのニュートリノが飛び交っています。太陽が熱を生み出す過程や星の一生の最後に起きる超新星爆発、原子力発電所などでたくさん生み出されています。1秒間に約100兆個ものニュートリノが私たちの体を通り抜けているのですが、私たちがそれを感じることはあ
りませんし、害もありません。

姿のみえないお化け粒子
ニュートリノはプラスの電気もマイナスの電気も帯びていない中性です。それは他のものとくっついたり反発したりしない、影響しないということです。また非常に小さいので原子の中も通り抜けることができます。ニュートリノは私たちの体の中も地球の中もすいすいと通り抜けてしまう、
もちろん実験装置の中もさっと通り抜けてしまう、研究者
泣かせのお化け粒子なのです。

質量があった！
長い間ニュートリノには質量がないと考えられていました。
しかし、この常識を打ち破ったのが梶田博士が行っていた
スーパーカミオカンデ実験と、マクドナルド博士の SNO（スノー）実験でした。３種類のニュートリノがそれぞれに姿を変えあっているというニュートリノ振動を測定することで、
ニュートリノに質量があることを発見しました。素粒子物
理学の教科書のような存在である「標準理論」で質量がないとされていたニュートリノが実はそうではなかった！素粒子物理学の世界に一石を投じる衝撃的な発見でした。

何がわかるの？

ニュートリノは、宇宙の中で光の次に多い素粒子です。その性質を理解することで、宇宙の誕生や物質の起源の謎を解き明かすことができるのではと考えられています。
しかし、宇宙を知る上でとても重要な存在であるにもかかわらず、未だ謎の多い粒子なのです。

「ニュートリノフロンティアの融合と進化」って？

異なる学問分野の研究者が連携して研究を行い、世界で初めてニュートリノにおける「粒子と反粒子の違い」を調べたり、宇宙から来るニュートリノを見て「我々はどうやって生まれてきたのか？」という宇宙創生の謎に挑む研究者のグループです。
世界最高性能の加速器 J-PARC を使ってニュートリノビームを生成し、岐阜県飛騨市にあるスーパーカミオカンデでニュートリノ振動を精密に測定しています。
（T2K 実験）
原子炉で発生するニュートリノを測定し、同じくニュートリノ振動を研究しています（ダブルショー実験）。さらに、その技術を応用して外部から原子炉をモニターする技術の確立も目指しています。
大気から降り注ぐニュートリノを観測しています。スーパーカミオカンデでの観測と共に、次世代のニュートリノ検出器「ハイパーカミオカンデ」の開発
研究を進めています。
宇宙起源の高エネルギーニュートリノを観測しています。これにより、これまで見えなかった宇宙の深部を探ります。
（IceCube ニュートリノ観測所）
最先端の素粒子実験装置の開発を行っています。原子炉の保障措置技術の進展、放射線イメージング技術向上等、応用分野への波及効果も期待されています。
ニュートリノを軸とした、素粒子・原子核・宇宙にまたがった分野横断的な理論研究を展開して、「時空とは何か？」という根源的な謎に迫っています。

計 画 研 究

A01

加速器ニュートリノビームによるニュートリノフロンティアの展開

ニュートリノの種類が変わるニュートリノ振動という現象を詳しく調べるた
めに、大型加速器 J-PARC でニュートリノビームを作って295km 離れたスー
パーカミオカンデで観測する T2K 実験を進めています。その結果、ミュー型
ニュートリノから電子型ニュートリノへ変化する新しいニュートリノ振動を発見しました。最近ではニュートリノの反粒子である反ニュートリノのビームを作って粒子と反粒子に違いはあるか（CP 対称性の破れ）を調べており、CP 対
称性は破れていそうだという面白そうな結果が現在出てきています。
「なぜ世界から反物質は消えて、物質だけになっているのか」という宇宙創世の謎を説明するヒントがニュートリノにあるのかもしれません。

T2K 実験の様子：
茨城県那珂郡東海村から岐阜県飛騨市神岡町に向けてニュートリノビームを発射している。

素粒子研究は、目に見えないとても小さな素粒子の謎に全周1km 以上の大型加速器や山の地下1000m にある大型測定器を使ったスケールの大きな実験で挑む夢とロマンのあるものです。我々の宇宙がどのようにできたのか、一緒に解き明かしましょう。
研究代表者

中家 剛

京都大学 理学系研究科 教授

T2K実験！
スーパー
カミオカンデちゃん

いいよー！
J-PARCちゃん

ミューニュートリノ
みだれ撃ちー！

とり

ゃー

！

ちゃん
J-PARC茨城県那珂郡東海村 在住。
陽子をいろんなものに力いっぱいぶつけるのが得意。

スーパー
カミオカンデちゃん、
いくよー！

ちがうのが混ざって来たんだけど……？

変わる魔球！！

魔球じゃないよ！
ニュートリノ振動で変わったんだよ！

スーパーカミオカンデちゃん
岐阜県飛騨市神岡町 在住。
ニュートリノで有名だけど、陽子崩壊も見つけたい。

……

計 画 研 究

A02

原子炉ニュートリノを用いた基礎科学および応用科学

原子力発電所ではウランの核分裂から得られる熱エネルギーから電力を作り出していますが、この時に大量のニュートリノも生成されていることをご存知ですか？このニュートリノは使われることなく、宇宙空間に逃げています。フランスの Chooz（ショー）原子力発電所で行っている Double Chooz（ダブルショー）実験ではこの原子炉ニュートリノを詳しく調べることで、ニュートリノ振動の仕組みを知るために大事な要素のひとつであるθ13という値を測定しました。これは7か国の国際共同実験ですが、その中でも日本グループは中心となって活躍しています。また、原子炉の建物の外に小型のニュートリノ検出器を置くことで核査察の新しい方法を開発する応用研究も進めています。

ダブルショー測定器の建設中の写真。
液体シンチレーターを入れる二重ア
クリル容器と、その外側に設置された390本の光電子増倍管（磁気シールド
筒に入っている）が見える。

ニュートリノ実験を始めとする素粒子物理学実験では大型
国際共同研究の中で世界中からの研究者と一緒に、若い大学院生や研究者が「人類がまだ知らない事実を一番最初に見たい」という情熱を持って頑張っています。あなたもこの世界を覗いてみませんか？
研究代表者

久世 正弘

東京工業大学 理学院 教授

近くから、遠くからやあやあスーパー
カミオカンデちゃん！

ふたりでね、そこの原子力発電所を見てるんだ～

ダブルショーちゃんたちわ！

反電子ニュートリノでしょ
それを違う距離にいるふたりで別々に観測してるんだよ近くから観測してる私と遠くから
反電子ニュートリノ
観測してる私で の検出する数に違いがあることを
確かめるの

400m
スーパーカミオカンデ
ちゃんたちのT2K実験とかと組み合わせて、
ニュートリノをいっぱい詳しく調べようね ！

ニュートリノ
振動だ ！

1km

ね～

私も
がんばろっと ！

近くから遠くから観測
原子炉からの反電子ニュートリノを２つの距離で観測、ニュートリノ振動のパラメータを詳細に調べます。

反電子
ニュートリノがいっぱい出てきてる！

（ダブルショー）ちゃん
Double Chooz
フランスのショー原子力発電所近くに在住の双子。
原子炉からのニュートリノを二人で観測してます。

ダブルショーちゃんたち、
何してるの？

計 画 研 究

A03

大気ニュートリノを用いた質量階層構造の研究と次世代研究フロンティアの発展

スーパーカミオカンデ装置を用いて地球の大気で生まれるニュートリノ（大気ニュートリノ）を観測し、3種類のニュートリノの質量の順番を調べています。
質量の順番は大気ニュートリノが地球内部の高密度部分を通り抜けてくる際のわずかな振動の違いに現れます。たくさんの観測データを詳しく調べたところ、第3世代のニュートリノが第1・第2世代よりも重い質量を持つ仮説がデータをよりよく説明することがわかりました。しかし、質量の順番の決定のためにはさらなる研究が必要です。またニュートリノ研究を飛躍的に発展させるハイパー
カミオカンデ実験計画は文部科学省に優先度の高いプロジェクトとして選ばれており、実験開始の準備を進めています。

スーパーカミオカンデ装置を用いて、太陽や大気、超新星爆発から飛来する自然のニュー
トリノ、さらに J-PARC 加速器
からの人工ニュートリノも観測し、素粒子や天体の研究を進めている。また水中の陽子が崩壊する現象も並行して探している。

ニュートリノの詳しい性質と陽子崩壊現象は、自然を支配する法則の理解を大きく進展させる可能性を持っています。
スーパーカミオカンデを超える感度を持つハイパーカミオ
カンデ装置を建設し、研究を大きく前進させたいと考えて
います。
研究代表者

塩澤 真人

東京大学 宇宙線研究所 教授

ニュートリノの探し方
どうやってニュートリノ
を見つけてるの？

えへへ
よく聞いて
くれたよ～
でっかいタンクにいっぱい
キレイな水を入れておくとね

ニュートリノ

ニュートリノがたまに原子核とか電子にぶつかって、
電子とかミュー粒子が飛び出るの電子やミュー粒子

チェレンコフ光

その光をね、タンクの壁にいっぱいつけた光の検出器で見つけるんだ
５万トンの水と１万個の検出器を使って一日に20～30個くらい
ニュートリノを見つけてるんだよ！
すごい
でしょ
～

う、うん…

スケールが
大きすぎて
よくわかん
ない…

いっぱいの検出器
光電子増倍管（フォトマル）と呼ばれる検出器。
正確にはタンクの内側に１１１２９個ついてます。

飛び出た粒子が水の中を走るとね、
チェレンコフ光って弱い光が出るんだよ

水分子

でっかいタンク
５万トンの純水（混じりけのない水）が詰まってます。
でっかければでっかいほど、検出には有利。

ニュートリノってなんでもすり抜けて見つけにくいよね計 画 研 究

A04

ニュートリノで探る深宇宙

宇宙には光のスピードで降り注ぐ宇宙線と呼ばれる「高エネルギー」物質の束が存在し、その大半は物質の基本構成要素である陽子です。この中には、目に見える光に比べ1000兆倍以上もエネルギーの高いものがあります。極限宇宙の産物とも言えるこの宇宙線はどう作り出されたのでしょう？実は宇宙線を放射する天体は、
ニュートリノも放射していると考えられています。電荷も持たず「弱い相互作用」
しか感じない素粒子であるニュートリノは、遥か遠方の天体からもまっすぐ飛んできます。この高エネルギーのニュートリノを捉えれば、未知の新しい宇宙の姿を解き明かすことができるのです。私たちは南極に建設した世界最大のニュートリノ
観測装置IceCube（アイスキューブ）を使いニュートリノで宇宙を「視て」います。

南極点に建つ IceCube 実験制
御室。氷の下には5165個の検出器が埋められており、制御室とつながったケーブルで電源を供給し、検出器が氷中で捉えたニュートリノ反応のデー
タ受信などを行っている。

人生は一度きり、やるからには自分の情熱がかきたてられるものにチャレンジしよう。失敗するか、成功するかは、あとで悩めばいいんです。

研究代表者

吉田 滋

千葉大学 理学研究院 教授

ニュートリノハンター！

DOM

IceCubeさん

氷の中に飛び込んできた
ニュートリノが原子核とか電子とぶつかって飛び出てきたミュー粒子とか
電子が出すチェレンコフ
光を見つけるのミュー
ニュートリノけど！
だからって！

ニュートリノを釣ってるみたいでかっこいい～IceCube

南極でやらなくても…
寒いよぉ…
だってキレイな
氷がいっぱい
ある場所、
南極しか
ないじゃん

ＤＯＭ
「 Digital Optical Module」の頭文字、ドム。
五千個くらい氷に埋めて、ニュートリノを待ってます。

スーパーカミオカンデちゃんの実験を
水のタンクじゃなくって
大きくてキレイな氷でやってるような感じかな

スーパーカミオカンデ

チェレンコフ光

アイスキューブ（ IceCube）さん
南極の氷を使ってニュートリノを観測中。
こんなところまで実験しに行く実験屋さんすごい。

こうやってＤＯＭっていう光を検出する玉を氷の中にいっぱい
吊るしてね計 画 研 究

B01

超高解像度
ニュートリノ検出器の開発

チャームクォークやタウニュートリノの研究で素粒子物理学に貢献してきた
原子核乾板と呼ばれる技術を発展させて、次世代のニュートリノ研究である
CP 対称性の破れや標準理論を超えた物理の探求に貢献するための研究開発をしています。市販の写真フィルムの製造開発が縮小・廃止される中、写真を愛する企業 OB の写真技術者たちの協力を頂いて、大学に乳剤製造装置を設置して原子核乾板の独自開発・製造を推進してきました。目的とする観測に最適な乾板の開発、供給体制の確立、実験の高度化や規模拡大に対応することで、開発した乾板はニュートリノ研究のみならず、宇宙の暗黒物質検出、気球搭載型
大口径γ線望遠鏡の実現、宇宙線ラジオグラフィーなどに使われ、その成果をあげつつあります。

原子核乳剤製造装置（名古屋大学）
硝酸銀溶液と臭化銀溶液を制御して反応させ、原子核乳剤を作る装置。作
成された乳剤は J-PARC でのニュート
リノ実験、高分解能γ線望遠鏡、宇宙線ラジオグラフィーなどで使われている。

2次元の写真技術はデジタル化の嵐の前に吹き飛びましたが、3次元記録媒体としての原子核乾板はしぶとく生き残っています。必要なインフラを大学に整備できた事から、思いついた事を試すのが容易になっており、若手を中心に原子核乾板を用いた小中規模プロジェクトの立案・試行が活発になっています。
研究代表者

中村 光廣

名古屋大学 未来材料・システム研究所 教授

この頃流行りのエマルション
エマルション（原子核乾板）

これね、
エマルションこと
原子核乾板！
電気を持った粒子が通り抜けたところを記録しちゃう
すっごいこなんだよ
現像

粒子の飛んだ跡が線になって残るの

電子とか
荷電粒子

最近だと、宇宙線で作られるミューオンを使ってピラミッドの中を透視したりで大活躍なんだよ！

ミューオン

私はいつも
カミオカンデちゃんに投げてる
ニュートリノを詳しく測定してもらおうかなって

わたしも
使いたい！
カミオカンデちゃんにはフォトマルがいるじゃん…

ちゃんとエマルション
J-PARCちゃんの作るミューニュートリノを詳しく
J-PARC
調べる、 NINJA
実験を計画しています。

電源を使わないし飛んだ跡がすごく
細かく記録されるからすっごい便利なんだ

エマルション（原子核乾板）
フィルムを使った写真と同じ仕組みを使っている、
素粒子観測に昔から使われてきた検出器です。

J-PARCちゃん、
なあにそれ？

計 画 研 究

B02

宇宙背景ニュートリノの崩壊探索に用いる
超伝導赤外線検出器の開発

宇宙空間には宇宙背景ニュートリノと呼ばれるニュートリノが一様に存在すると予言されています。この宇宙背景ニュートリノの崩壊を探索するCOBANDロケッ
ト実験を行うため、ニュートリノが崩壊するときに生まれる遠赤外線のエネルギーを1光子ごとに2％以下の精度で測定する超伝導トンネル接合素子
（STJ）
検出器を
開発しています。NbとAlを超伝導素材とするNb/Al-STJ検出器と分光素子を組み合わせた極低温赤外線観測装置に重要な極低温増幅器を開発して、Nb/Al-STJ
光応答信号を増幅することに成功しました。将来の人工衛星搭載実験に向けたエ
ネルギーギャップの極めて小さいハフニウムを用いた Hf-STJ の開発も並行して行い、世界初の Hf-STJ 光応答信号の観測にも成功しています。現在はロケット実験に向けた光学系、冷凍機を含めた観測装置の準備を進めているところです。

STJ SOI

4.7μF

0.4K の極低温冷凍機内の Nb/
Al-STJ 検出器に SOI 極低温前
置増幅器を同一チップキャリ
ア上で接続しています。

宇宙背景ニュートリノの崩壊を探索するCOBAND実験を行うた
めに、ニュートリノ崩壊時に生成する遠赤外線を測定する超伝導
トンネル接合素子（STJ）
検出器を開発してきました。この超伝導量子測定器技術は、将来的に暗黒物質探索・コヒーレントニュー
トリノ散乱などの実験でも用いられることが期待されています。
研究代表者

金 信弘

筑波大学 数理物質科学研究科 教授

ニュートリノのためなら重いニュートリノが壊れて、軽い
ニュートリノになるのが見たい…

重い
ニュートリノ軽い
ニュートリノCOBANDさん

でもそんなのめったに起こらないから見られないだろうなあ…

あ！
宇宙が生まれて数秒後に作られた
ニュートリノなら
宇宙にたくさんあるから崩壊が見れるかもあ！

でもニュートリノが壊れた時に出る光が弱すぎて見るのは大変そうだなあ…

でもいい感じ
の検出器が
ないなあ…
そこから
始めちゃう
んだ…

ということでニュートリノの崩壊を見るのにちょうどいい
光検出器のチップを作ることにしましたさん
COBAND
ニュートリノが壊れるところを観測することで、
ニュートリノの質量を決めようとしています。

地球じゃダメでも宇宙にいけばそういう弱い光も見えるかも

宇宙背景ニュートリノ
宇宙が生まれて数秒後に作られたニュートリノが宇宙には満ちあふれていると考えられています。

光子

計 画 研 究

B03

液体アルゴン３次元飛跡
イメージング検出器の開発研究

液体アルゴン３次元飛跡イメージング検出器は、素粒子をリアルタイムで視覚的に捉えることのできる現代版電子泡箱とも言える夢の検出器です。その検出器性能の高さから、将来のニュートリノ実験や核子崩壊実験、暗黒物質探索実
験に非常に有望な検出器となっています。現在の世界最大の検出器は600トンの ICARUS 実験なのですが、将来のニュートリノ物理や核子崩壊物理に使用するためには更なる大型化が必要で、そのためには大型化への技術開発、特に安価な検出器を作成する技術を育てることが大事です。また実際の荷電粒子を使ったデータでその性能を確認するために、エネルギーや運動量、角度、粒子の種類など、良く理解された荷電粒子を使ったビームテストを行うことが重要となってきます。そこで B03班では、大型検出器にも使用できる安価な検出器技術の開発と荷電粒子ビームを用いた検出器応答試験を行ってきました。

KEK-30L 小型液体アルゴン検出器。

液体アルゴン３次元飛跡検出器は、夢のある検出器です。
世界各地で技術開発が行われていて、いくつかの100トン級の検出器は既に実際に実験で使われています。B03班では、更なる検出器の大型化・多様化を目指し、検出器技術の開発や検出器のビームを使った理解に取り組んできました。
研究代表者

丸山 和純

高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 准教授

ニュートリノだって見えちゃう電子

液体のアルゴン

ミューオンみたいな荷電粒子が通ると、その通り道に沿って－の電子と＋のイオンがいっぱい作られるんダ！

ミューオン

＋イオン

そこに電気をかけて＋の方に移動させて信号として取り出す！

電気信号

そうすると荷電粒子の通り道の信号が記録できちゃうヨ！

すっごーいっ！

フッフーン！

アルゴンTPC

アルゴン
原子核

LHCちゃん

それ私のやり方と似てる！

これでSKちゃん
みたいなでっかい
装置を作ってみたいんダヨニュートリノとＴＰＣ
ニュートリノは電気を持っていませんが、原子核に当たったときの反応を見ることはできます。

…だけどこの子、電気を持ってない
ニュートリノは見れないよね…？

アルゴンの原子核にニュートリノが当たると電気を持った電子とか
ミューオンが出てきちゃうのダ！

アルゴンＴＰＣ
この中を荷電粒子が飛ぶと飛跡が信号になる装置。
ＴＰＣは Time Projection Chamberの略です。

アルゴンっていう
ガスを冷やして液体にしてタンクに詰めて…

計 画 研 究

C01

ニュートリノ振動現象論の新展開と新物理の探求素粒子の標準模型と呼ばれる理論は素粒子のほとんどの現象を説明できますが、
ニュートリノの質量は標準模型では説明できない謎のひとつです。素粒子物理学の重要な研究テーマは標準模型を越える物理の探求であり、ニュートリノの研究がその突破口になるのではないかと期待されています。1998年のスーパー
カミオカンデ実験以降さまざまな実験結果が発表され、ニュートリノ物理学の研究は今新たな段階に入ってきています。私たちのグループでは、3種類のニュートリノの混ざり方のパラメーターの精密決定をするための実験の現象論、ニュートリノで探索できる新物理の現象論、大型加速器実験における荷電レプトンを通して得られる新物理への制約などについて研究を進めています。

e–

γ
γ

e+

Z’
q

q

謎の現象を説明するために新たに提唱された模型を実験的に検証する目的で考えだされた過程。

ニュートリノを始めとする素粒子物理学の研究は、日常生
活にすぐに役に立つものではありませんが、利害関係がな
いがゆえに国際的な共同研究も盛んです。私たちは宇宙の究極の法則を解き明かすため、日々研究を続けています。

研究代表者

安田 修

首都大学東京 理工学研究科 教授

そっくり？ちょっとちがう？
本当に違う子
なのかな…？
あ！
そうだ！

ミューニュートリノ

反ミューニュートリノ

ふたりとも、
ここから岐阜のスーパーカミオカンデ
ちゃんのところまで走ってみて！

……

わ、よく気づいたね！
ふたりがお揃いじゃないところ、初めて見たかも…

帽子がずれてる反ミューニュートリノちゃん
Ｔ２Ｋ実験によって、反ミューニュートリノの性質の違いがちょっとだけ見えてきました。

あれ？
反粒子ちゃん、
帽子がずれてる！

同時にこっちに来れるかな？

電気的に中性なニュートリノと反ニュートリノ
反応したときに出る粒子の電気の＋－を見ることで、粒子と反粒子の関係にあることがわかっています。

ミューニュートリノと反ミューニュートリノ
本当にそっくりだよねえ

計 画 研 究

C02

ニュートリノで探る
原子核のクォーク・グルーオン構造と標準反応模型の構築

ニュートリノ振動を解明していくためには、ニュートリノと原子核の反応を幅広いエネルギー領域にわたって詳しく理解することが必要です。私たちは、原子核を構成する核子の励起状態を通じてパイ中間子や様々な中間子を生成す
る共鳴領域の過程や、さらに高エネルギーにおいて原子核内部のクォークが叩き出される深非弾性散乱と呼ばれる過程のニュートリノ反応に関する理論的研究を行いました。共鳴領域においてはすべての中間子生成反応データを包括的に記述するニュートリノ反応模型を構築し、また深非弾性領域のニュートリ
ノ原子核散乱データを解析してニュートリノ反応と荷電レプトン反応における原子核補正には多少差異がある可能性がわかってきました。

大阪開催のニュートリノ原子核
相互作用に関する国際会議

修士のときにベータ崩壊に関する研究を始めて以来、ニュートリノ物理とハドロン物理を行き来してきました。おかげで、キャラの違うコミュニティでの出会いからインスピレーショ
ンをもらい、楽しく研究を進めています。

研究代表者

佐藤 透

大阪大学 核物理研究センター 招へい教授

原子核とニュートリノ

muon
neutrino

えいっ！
ミュー
ニュートリノ

原子核

muon

ニュートリノとか
反ニュートリノを原子核にぶつけてみてるの電子とかミューオンと陽子とか中性子が出てくるん
じゃないの？

ミューオン

私たちがよく見てるやつ電子とかミューオンが出てくる
電子ニュートリノが原子核と反応すると電子がミューニュートリノだとミューオンが出てきます。

スーパー
カミオカンデちゃん
なにしてるの？

えいっ！

陽子
電子
ミュー
ニュートリノ ニュートリノ

原子核

高いエネルギーのニュートリノだと、もっと変なものが出てくるかも…

中性子
電子
ミューオン

そういう現象も原子核のこともちゃんと理解しないと、ニュートリノ
マスターにはなれないもんね！

陽子

変なもの

たとえ水の中！
氷の中！

わかってないこと、
まだまだ多いなあ

原子核について理解する
ニュートリノと原子核の反応について、よく理解できているというわけではないのです。

それがね、たまに陽子や中性子と一緒に変なものが飛び出てきたりするんだよ～

計 画 研 究

C03

ニュートリノで探る
素粒子の起源と宇宙の構造

宇宙がどのように始まって、今の銀河や銀河団の構造が作られていったのか、その理解には素粒子の性質を知ることが必要です。これまでの研究で、宇宙の物質と反物質の非対称性が宇宙初期のニュートリノ振動によって生成されうることを発見し、今後の検証可能性について現在研究を続けているところです。
またその他にも、未だ正体不明な暗黒物質がごく稀にニュートリノに崩壊してそれが IceCube 実験で発見された超高エネルギーニュートリノを説明する可能性、実は暗黒物質がヒッグス粒子でできている仮説、超対称性理論によって宇宙の謎を説明する可能性、超弦理論の真空構造と宇宙の歴史との関連など、
素粒子と宇宙の謎にまつわる理論的研究を行っています。

理 論・ 実 験 共 同 研 究 会
New Physics Forum を定期的に開催し、活発な議
論の場や共同研究の機会を提供しています。

宇宙のバリオン数の起源や暗黒物質の正体、それから標準模型のその先など、新しい視点から仮説を立てて研究を行っていきます。ニュートリノを始め、素粒子と宇宙についての新発見を目指して最高の研究チームで未解決の謎に挑み
ます。
研究代表者

北野 龍一郎高エネルギー加速器研究機構 素粒子原子核研究所 教授

ニュートリノ・マジック！
うん！

よーく
見ててね！

反ニュートリノ

ニュートリノ振動が起きて…！

CP対称性が破れたニュートリノ振動で種類のバランスが変わってるニュートリノと反ニュートリノ
ヒッグス粒子
ここでヒッグスをいっぱい
ぶつけると！

重い種類のニュートリノにヒッグス粒子がぶつかって重いニュートリノと重い反ニュートリノの数がおなじになる

じゃ～ん！

反ニュートリノのほうが多くなってる？！

反ニュートリノのほうが多い？
生まれたときは同じだけあったはずのニュートリノと反ニュートリノ、気がついたら反ニュートリノが多くなっていました。
ＣＰ対称性の破れによって引き起こされるこの現象が、今の物質が多い宇宙を作ったという説があります。

ニュートリノ「ニュートリノフロンティアの融合と進化」の年表

2013.72013.72013.112013.122013.12

新学術領域「ニュートリノフロンティアの融合と進化」が採択
石原が IUPAP 若手賞を受賞
今野が第15回高エネルギー物理学奨励賞を授賞（後に日本物理学会若手奨励賞も受賞）
市川が平成25年度第1回湯浅年子賞を受賞
T2K 実験の結果がアメリカの科学雑誌「Discover magazine」の2013年トップ記事ベスト100に2014.1

IceCube 実験の成果が IOP（英国物理学会）の Physics World 2013 Breakthrough of the Year の第一位に2014.2

吉田、石原が平成基礎科学財団 第5回戸塚洋二賞を受賞

2014.2

J-PARC ニュートリノビームグループが公益財団法人 高エネルギー加速器科学研究奨励会 平成25年度
諏訪賞を受賞

2014.32014.62014.102014.102014.112015.2
2015.32015.32015.52015.62015.72015.92015.102015.112016.2
2016.2
2016.32016.52016.72016.72016.122017.22017.22017.42017.82017.82017.92017.102018.32018.5

Bezerra が東北大学総長賞を授賞
高橋、福田が平成26年度日本写真学会において進歩賞を受賞
Bezerra が第16回高エネルギー物理学奨励賞を授賞（後に日本物理学会若手奨励賞も受賞）
Wendell が第9回（2015年）
日本物理学会若手奨励賞を授賞
中家、小林が2014年度仁科記念賞を受賞
中家、小林、塩澤が平成基礎科学財団 第6回戸塚洋二賞を受賞
小林が読売テクノ・フォーラム 第21回ゴールド ･ メダル賞を受賞
佐藤、鎌野が日本物理学会 第20回
（2015年）
論文賞を受賞
仲村が高エネ研（KEK）
測定機開発室 第5回測定器開発優秀修士論文賞を受賞
OPERA 実験、タウニュートリノの出現5事象観測T2K 実験が「反電子型ニュートリノ出現現象」に関する最初の結果を発表
家城が第17回高エネルギー物理学奨励賞を授賞（後に日本物理学会若手奨励賞も受賞）
梶田隆章先生と Art McDonald 教授が「ニュートリノ振動の発見」でノーベル賞を受賞
T2K 実験、スーパーカミオカンデ実験が米国ブレークスルー賞財団2016年基礎物理学ブレークスルー
賞を共同受賞
西川公一郎先生と中村健蔵先生が平成基礎科学財団 第7回戸塚洋二賞を受賞
OPERA 実験が日本物理学会 第21回
（2016年）
論文賞を受賞
原子炉ニュートリノ実験 DoubleChooz がニュートリノ混合角θ13の新しい測定値を発表
Chauveau が TYL-FJPPL Young Investigator Award を受賞
T2K 実験が CP 対称性の破れの最新結果を公表
末包がフランスの「ブレーズ・パスカル・チェア」に選出
IceCube 実験が超高エネルギー宇宙ニュートリノ探査の結果を発表
佐藤、中村が平成基礎科学財団 第8回戸塚洋二賞を受賞
西川公一郎先生が2016年の Pontecorvo prize を受賞
石原が一般財団法人 女性科学者に明るい未来をの会 第37回猿橋賞を受賞
ハイパーカミオカンデが学術研究の大型プロジェクトの推進に関する基本構想ロードマップに掲載
T2K 実験におけるニュートリノ振動の最新結果を発表
石原が WIRED PROMOTION の WIRED Audi INNOVATION AWARD 2017を受賞
書籍「現代素粒子物理 ―実験的観点からみる標準理論―（末包文彦、久世正弘他著）」が日本物理学会誌の「新著紹介」に掲載
新学術領域研究「ニュートリノフロンティアの融合と進化」を総括するための国際会議を開催
OPERA 実験、ニュートリノ振動の最終結果発表

2018.7

IceCube 実験が高エネルギーニュートリノ放射天体を初めて同定、ニュートリノが拓くマルチメッセン
ジャー天文学が開花

2018.8

一般向け講演会「みんなにわかるニュートリノのお話」―素粒子と宇宙について―を開催

総括班
中家 剛（京都大学）、久世 正弘（東京工業大学）、塩澤 真人（東京大学）、吉田 滋（千葉大学）、中村 光廣（名古屋大学）、金 信弘（筑波大学）、丸山 和純（大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構、以下 KEK）
、安田 修
（首都大学東京）、佐藤 透（大阪大学）、北野 龍一郎（KEK）、横山 広美（東京大学）
A01 ： 加速器ニュートリノビームによるニュートリノフロンティアの展開
中家 剛（京都大学）、市川 温子（京都大学）、小林 隆（KEK）、小関 忠（KEK）、中平 武（KEK）、清矢 良浩（大阪市立大学）、
南野 彰宏（横浜国立大学）、外山 毅（KEK）、中村 輝石（京都大学）、内藤 大地（KEK）、久保木 浩功（KEK）
A02 ： 原子炉ニュートリノを用いた基礎科学および応用化学
久世 正弘（東京工業大学）、兼田 充（東京工業大学）、今野 智之（東京工業大学）、阿部 陽介（東京工業大学）、Ralitsa Sharankova（ 東京工業大学 ）、石塚 正基（ 東京理科大学 ）、末包 文彦（ 東北大学 ）、白井 淳平（東北大学）、古田 久敬（東北大学）、
T.J.C. Bezerra（東北大学）、E. Chauveau（東北大学）、住吉 孝行（首都大学東京）、前田 順平
（首都大学東京）、松原 綱之（首
都大学東京）、原 俊雄（神戸大学）、川崎 健夫（北里大学）、岩田 修一（北里大学）、田村 詔生（新潟大学）、長坂 康史（広島工業大学）、坂本 泰伸（東北学院大学）、蓑輪 眞（東京大学）、井上 慶純（東京大学）、加藤 陽（東京大学）
A03 ： 大気ニュートリノを用いた質量階層構造の研究と次世代研究のフロンティアの発展
塩澤 真人（東京大学）、横山 将志（東京大学）、早戸 良成（東京大学）、鈴木 州（神戸大学）、田中 真伸（KEK）、竹内 康雄（神戸大学）、中山 祥英（東京大学）、関谷 洋之（東京大学）、三浦 真（東京大学）、Wendell Roger（京都大学）、伊藤 好孝（名古屋大学）、亀田 純（東京大学）、田中 秀和（東京大学）、奥村 公宏（東京大学）、西村 康宏（東京大学）、小汐 由介（岡山大学）、清水 格（東北大学）、矢野 孝臣（東京大学）
A04 ： ニュートリノで探る深宇宙吉田 滋（千葉大学）、間瀬 圭一（千葉大学）、奥村 公宏（東京大学）、石原 安野（千葉大学）、Lu Lu（千葉大学）、Matthew Relich（千葉大学）、桑原孝雄（千葉大学）、永井 遼（千葉大学）、上山 俊介（千葉大学）、井尻 寛人
（千葉大学）
B01 ： 超高解像度ニュートリノ検出器の開発
中村 光廣（名古屋大学）、佐藤 修（名古屋大学）、長縄 直崇（名古屋大学）、中 竜大（名古屋大学）、福田 努（名古屋大学）、
六條 宏紀（名古屋大学）、青木 茂樹（神戸大学）、渋谷 寛（東邦大学）、三角 尚治（日本大学）
B02 ： 宇宙背景ニュートリノの崩壊探索に用いる超伝導赤外線検出器の開発
金 信弘（筑波大学）、武内 勇司（筑波大学）、吉田 拓生（福井大学）、池田 博一（独立行政法人宇宙航空研究開発機構）、飯田 崇史（筑波大学）、武政 健一（筑波大学）、木内 健司（筑波大学）、永田 和樹（筑波大学）、笠原 宏太（筑波大学）、八木 俊輔（筑波大学）、
若狭 玲奈（筑波大学）、浅野 千紗（筑波大学）
B03 ： 液体アルゴン3次元飛跡イメージング検出器の開発研究
丸山 和純（KEK）、坂下 健（KEK）、成田 晋也（岩手大学）、山野井 豊（KEK）、池野 正弘（KEK）
C01 ： ニュートリノ振動現象論の新展開と新物理の追求
安田 修（首都大学東京）、佐藤 丈（埼玉大学）、下村 崇（宮崎大学）、小池 正史（宇都宮大学）、小西 康文（茨城大学）、太田 俊彦
（埼玉大学）、高西 康敬（埼玉大学）、荒木 威（工学院大学）、梁 正樹（埼玉大学）、Monojit Ghosh（首都大学東京）、深澤 信也（首都大学東京）、星野 志穂里（埼玉大学）、金子 史寛（埼玉大学）、大田 慎吾（埼玉大学）、須貝 顕一（埼玉大学）、久保 宗弘（埼玉大学）
C02 ： ニュートリノで探る原子核のクォーク・グルーオン構造と標準反応模型の構築
佐藤 透（大阪大学）、熊野 俊三（KEK）、齋藤 晃一（東京理科大学）、鎌野 寛之（大阪大学）、堀内 渉（北海道大学）、中村 聡（Cruzeiro do Sul 大学）、平井 正紀（日本工業大学）、上坂 優一（埼玉大学）
C03 ： ニュートリノで探る素粒子の起源と宇宙の構造
北野 龍一郎（KEK）、伊部 昌宏（東京大学）、大河内 豊（京都大学）、川崎 雅裕（東京大学）、遠藤 基（東京大学）、松本 重貴（東京大学）、倉知 昌史（慶應義塾大学）、北原 鉄平（カールスルーエ工科大学）、後藤 亨（KEK）、三島 智（KEK）
HP 担当：関谷 絢子、新学術領域秘書：林 恵理子

2018年8月19日 発行
文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究（領域番号2504）「ニュートリノフロンティアの融合と進化」
https://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/nufrontier/
編集・デザイン：秋本 祐希（ひっぐすたん（higgstan.com））

電子ニュートリノ
electron neutrino

ミューニュートリノ
muon neutrino

タウニュートリノ
tau neutrino

TPC
time projection chamber

フォトマル
photomultiplier tube

エマルション
nuclear emulsion

反電子ニュートリノ
electron antineutrino

反ミューニュートリノ
muon antineutrino

反タウニュートリノ
tau antineutrino