Unification and Development of
the Neutrino Science Frontier
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）

the universe

A04宇

宙
ニ

素粒子

10 27

10 -19 以下
10 -15

原子核

10 20

10 3m

10 7

太陽系

宇宙からの訪問者

ヒト

原子02
原星座

銀河

10 12

10 -10A

なぞの素粒子ニュートリノ。
その未知の性質は物質の根源と深くかかわり、素粒子・宇宙・時空の起源を解き明かす鍵を握っています。

A01
加速

解き明かす森羅万象

ノリトー
ュ

ノリトー
ュ

Neutrino
ニュートリノで器ニ

ニュートリノフロンティアの融合と進化

DNA

山子
炉ニ
ュー
トリノノリトー
ュニ
気大器
出検グン
ジー
イメ3DA03

B01超高解像度検出器

地球B02 超伝導赤外線検出器 B03

1987 年、銀河系から16 万光年離れた大マゼラン雲で超新星爆発が起こりました。
この爆発で放出されたニュートリノは光速で宇宙に飛びちり、地球に到達。
ニュートリノ検出器「カミオカンデ」にC01 素粒子論 C02 原子核論 C03 素粒子・宇宙論とらえられました。
ニュートリノは、宇宙誕生直後から現在まで、活動的な領域で生成され、素粒子、物質、宇宙、そして再び素粒子 へ ― ニュートリノフロンティアとは
ギリシア神話に登場する「ウロボロスの蛇」は世界の調和

この領域研究では、日本がリードしてきた最先端の計測技をあらわす象徴です。その姿は「ニュートリノフロンティ術を使って実験・観測に取り組む A 班、新しい測定技術のアの融合と進化」の研究にたとえられるでしょう。蛇が飲開発研究を進める B 班、ニュートリノ物理とニュートリノみ込んでいる尾は素粒子、頭は宇宙で、素粒子と宇宙の研を軸にした素粒子論・宇宙論を展開していく C 班が連携し、究がつながっていることがわかります。

ニュートリノから素粒子・宇宙のなぞに挑戦します。

ニュートリノの世界へようこそ！
領域代表

中家 剛 Nakaya Tsuyoshi
京都大学・教授

太陽はニュートリノで輝き、宇宙はニュートリノで満ちてれるくらい滅多に顔を出さないリノをつくって、研究を行ってので、観測は簡単ではありませいます。科学研究費をベースとん。私たちの研究では、この素した本研究の強みは、研究者が粒子ニュートリノを柱として、ボトムアップでアイデアを持ち素粒子、原子核、宇宙を調べてい

寄り、科学的興味（好奇心）に基きます。ニュートリノにはまだづき研究を展開していくことで解明されていない謎が数多くあす。興味をもって、謎を一歩一り、とても興味深い研究対象な歩解いていくことが科学を進化のです。

させるうえでとても大事なのでいます。ニュートリノは、宇宙私たちは地球内部や宇宙からす。皆さんにもぜひニュートリの中で光の次に多い素粒子でのニュートリノの観測をしたノに興味をもっていただけたらす。しかし、「幽霊粒子」と呼ばり、加速器や原子炉でニュートうれしく思います。

今も飛び続けています。
その数は 1cm3 あたり 300 個。
宇宙に満ちあふれるニュートリノは、宇宙の歴史や姿を伝えてくれます。

© ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Angelich. Visible light image: the NASA/ESA Hubble Space Telescope. X-Ray image: The NASA Chandra X-Ray Observatoryニュートリノフロンティアの融合と進化

A02 班

各班の研究

ニュートリノの発見（1954）から 60 年、「ニュートリノ振動」が測定された今、ニュートリノ研究は次のステップを踏みだしました。3 種類のニュートリノの質量順序を明らかにし、次いでニュートリノと反ニュートリノ間の CP 対称性の解明へと進みます。実験・観測と相まって、理論研究にも新しい時代が訪れようとしています。

原子炉ニュートリノを用いた基礎科学および応用科学

B01 班

超高解像度ニュートリノ検出器の開発

フランスのショー（Chooz）にある原子力発電所で発生するニュートリノは電荷をもたないので検出器に飛跡を残しませニュートリノを検出する国際共同実験「ダブルショー（Doubleんが、他の粒子と反応し、電荷をもった電子やニュー粒子、タウChooz）実験」を推進。第 3 の振動モードを測定し、世代間で混合粒子がつくられることがあります。きわめて微弱なニュートリする割合「混合角」θ13 を精密に求めます。また、加速器ニュートノ反応をとらえるために、より性能の高い検出器が求められま

リノ実験の結果と組み合わせて、CP 対称性の解明をめざします。

す。特に、わずか 0.3 ピコ秒で消滅するタウ粒子の飛跡からタウ国内では、原子炉ニュートリノ検出器の技術を応用した小型検ニュートリノを同定するため、従来比約 3 倍の高感度化と、乾板出器を開発し、外部から原子炉の運転状態をモニターできる装置

材料の結晶を 30nm に微細化する高解像度化を実現しました。

を開発研究しています。

さらに精度を上げて、全種類のニュートリノを同定できる検出器研究代表者：久世正弘 東京工業大学を開発するとともに、その技術をダークマター ( 暗黒物質 ) などの検出に応用することをめざしています。

宇宙線

大気ニュートリノの発生機構

ニュートリノの検出とチェレンコフ光研究代表者：中村光廣 名古屋大学
チェレンコフ光

ニュートリノ

素粒子の基本ルールである「標準理論」では、ニュートリノは質量をもたないとされているため、ニュートリノの質量は大きななぞとなっています。ニュートリノ混合の３つの混合角と２つの「質量２乗差」のおおよその値が測定された今、ニュート壁（検出器）

素粒子（電子やミュー粒子など）

B02班

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

トリノの混合パラメータを精密に決定するための理論研究を、
A01、A02、A03、A04 の各実験班と密接に連携して進めていき、さらにニュートリの質量の起源の解明と標準理論をこえる新しい物理の探求をめざします。
研究代表者：安田 修 首都大学東京

宇宙が誕生した直後の超高温・超高密度状態では、ニュートリ

A03 班
π中間子

電子

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イアの発展

大気ニュートリノは宇宙から到来する高エネルギー粒子「宇宙線」が地球大気と衝突して生成されます。この大気ニュートリノをスー
ミュー粒子ミューニュートリノ
電子ニュートリノ

ノは電子などと結びついていて、自由に動き回ることができませんでした、誕生 0.1 秒後、ニュートリノは電子からやや離れ、宇宙に広がっていきました。このときのニュートリノは「宇宙背景ニュートリノ」と呼ばれ、宇宙背景ニュートリノを観測することができれば、誕生 0.1 秒後の宇宙の情報を得ることができ

C02 班ます。

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

パーカミオカンデで観測し、世代間混合の精密測定を行うとともに、しかし、宇宙背景ニュートリノのエネルギーは非常に低く、そニュートリノ物理の今後の中心的な課題は、「CP 非保存角δ」3世代のニュートリノの「質量階層」構造を解明します。この研究はれに比例して物質との相互作用も少なくなるので、容易に検出と質量階層を解明することです。これらの値を決定するには、ニュートリノにおけるCP対称性の破れを発見する可能性を高め、することができません。そこで、ニュートリノが崩壊するとき

MeV から GeV の広いエネルギー領域にわたるニュートリノ - 原

さらにニュートリノが粒子と反粒子の区別がない「マヨナラ粒子」なに発生する遠赤外線を検出する方法が採用されました。その子核反応を数％以下の精度で記述する必要があります。ニューのかどうかを明らかにするための手がかりとなると期待されます。

ための超伝導トンネル接合素子検出器の開発を進めています。

トリノ - 原子核反応は、共鳴領域、深非弾性散乱領域といった特徴

また、スーパーカミオカンデを約 20 倍大型化した「ハイパーカ2017 年には小型ロケットに搭載して試験観測を行い、その後、的な反応機構によって引き起こされるため、従来はそれぞれの領人工衛星を使って本格観測する計画です。

域で別々に研究されてきました。C02 班では、これらの研究を統ミオカンデ」実現のための基礎開発を推進します。

研究代表者：金 信弘 筑波大学

研究代表者：塩澤真人 東京大学

ミューニュートリノ

A01 班

ニュートリノ振動現象論の新展開と新物理の探求

リノ物理学は新たな段階に入りました。C01 班では、ニューθ

大気中の原子核

C01 班

一して記述する反応模型の構築をめざしています。
研究代表者：佐藤 透 大阪大学

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

A04班

B03班

ニュートリノで探る深宇宙

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

C03 班

ニュートリノで探る
素粒子の起源と宇宙の構造

茨城県東海村にある大強度加速器 J-PARC でニュートリノ

宇宙最深部では、高エネルギー現象に伴って陽子や原子核が加速さ液体アルゴン 3 次元飛跡イメージング検出器は、すべての荷電ビームを生成。295km 離れた岐阜県飛騨市のニュートリノ検れています。そのダイナミズムは宇宙線から知られるようになりま粒子を検出し、3 次元の飛跡を再構成することができます。と出器スーパーカミオカンデまで飛ばし、「ニュートリノ振動」をしたが、宇宙線や電磁波の観測で宇宙深部の加速現場を直接同定す

くに、ニュートリノ事象やダークマターの検出に優れています。

測定する T2K 実験を進めています。2013 年 7 月には、第３のることは困難です。しかし、高エネルギー現象に伴って放出される他のタイプの検出器と比べて、バックグラウンドを除去しやす超弦理論のような時空を含む理論において、ニュートリノは振動モード（ミューニュートリノから電子ニュートリノに変化）ニュートリノを観測することができれば、深宇宙での高エネルギー現く、信号事象の検出効率を上げ、さらにエネルギー分解能も向上どのように出現するのか？ ヒッグス機構が暗示する標準模型をの存在を確実にしました。今後は、ビーム強度と測定精度をさ象の生成機構を解明する手がかりが得られます。そのためには超大できるという利点をもっています。しかし日本では、これまでこえる物理において、ニュートリノはどのような役割を果たしらに向上させ、ニュートリノ振動のパラメータを決定。その結面積の検出器が必要で、南極大陸を覆う厚い氷床の中に約5000 個の200kg クラスの装置が試験稼働したのみで、将来に向けた大型ているのか？ インフレーションやバリオン生成機構において、果を踏まえて、ニュートリノにおける粒子と反粒子間の性質の増倍管を配置した「アイスキューブ（IceCube）」宇宙ニュートリノ望化と高性能化が課題となっていました。そこで、1000 トンクラニュートリノの性質はどのように制限されるのか？

違い（CP 対称性の破れ）を調べるため、反ニュートリノ振動の測遠鏡を建設しました。アイスキューブは2012 年6月、深宇宙から届スの検出器の開発を行うとともに、プロトタイプ製作への準備を定に取り組みます。

いた超高エネルギーニュートリノの検出に初めて成功しました。

進めます。

研究代表者：中家 剛

京都大学研究代表者：吉田 滋

千葉大学

ニュートリノは素粒子の起源や初期宇宙を解き明かす鍵を握っていますが、その起源は未知です。

C03 班は、こうした多方向からのアプローチでニュートリノ物理を追究し、そこから素粒子・宇宙の全体像の解明をめざします。

研究代表者：丸山和純

高エネルギー加速器研究機構

研究代表者：北野龍一郎 高エネルギー加速器研究機構