質問: 2002年に、カミオカンデによって超新星爆発からのニュートリノの観測に史上初めて成功した功績でノーベル物理学賞を受賞した、日本の物理学者は誰?
回答: 小柴昌俊

タイトル: 観測的宇宙論
ニュートリノは恒星内の核融合や超新星爆発、宇宙線の崩壊などによって生じる。宇宙から飛来するニュートリノを観測し、天文現象を解明する学問がニュートリノ天文学である。もともとは太陽の核融合反応に寄って生じる太陽ニュートリノの観測がなされていたが、観測されるニュートリノが理論値の3分の1しかないという問題が発見された(太陽ニュートリノ問題)。小柴昌俊らのグループが用いていたカミオカンデは、陽子崩壊の観測のほかに太陽ニュートリノの検出を行えるようにしていた。1987年2月23日、超新星SN 1987Aが発生し、そこから生じたニュートリノが検出された。このことから超新星爆発の理論モデルが検証された。一般相対性理論によると、重力は重力波と呼ばれる波によって伝わると予言される。この重力波を用いて天文現象を解明する学問が重力波天文学である。

タイトル: 太陽
太陽ニュートリノを観測した結果は、理論値よりも低いながらもスーパーカミオカンデの実測値はカナダのそれを上回り、太陽ニュートリノ問題はフレーバーの変化という説で決着した。スーパーカミオカンデは別な観測でニュートリノ振動を実証し、これを受けて「太陽ニュートリノ問題」提唱者レイモンド・デイビスとカミオカンデ実験を主導した小柴昌俊は2002年度のノーベル賞を授与された。1966年11月12日に観測された日食の際、アメリカの科学者が赤外線観測によって、太陽から約300万キロメートル離れた地点で数μm程度の微細な塵がリング状に広がっていることを発見した。だが1993年11月13日にインドネシアにおいて観測された日食の際に京都大学の研究チームが環を確認して以来、環は見えなくなっており、今後の研究が待たれている。

タイトル: カムランド
2015年度のノーベル物理学賞はニュートリノに質量があることを示した研究に贈られたが、カムランド実験の貢献が同賞の受賞理由を説明する文書で言及された。2016年、基礎物理学ブレイクスルー賞が鈴木厚人とカムランド共同研究チームに対して授与された。

タイトル: 2021年の日本
ノーベル賞の自然科学分野において日本出身者1人が受賞した。

タイトル: 戸塚洋二
1960年、静岡県立富士高等学校卒業、1965年、東京大学理学部物理学科卒業。1972年、東京大学大学院理学系研究科博士課程修了。理学博士。その後、東京大学理学部教授を経て1988年に東京大学宇宙線研究所教授。1995年には神岡宇宙素粒子研究施設長に就任、1997年からは東京大学宇宙線研究所長。翌1998年、スーパーカミオカンデでニュートリノ振動を確認しニュートリノの質量がゼロでないことを世界で初めて示した。2001年に起きたスーパーカミオカンデの光電子増倍管の70%を損失する大規模破損事故の責任をとり、東京大学を辞職した。翌2002年には高エネルギー加速器研究機構素粒子原子核研究所教授となった。2003年より2006年まで同機構長。2008年7月10日、直腸ガンのため死去 (66歳没) 。2002年のノーベル物理学賞受賞者・小柴昌俊の愛弟子の一人だった。

タイトル: スーパーカミオカンデ
スーパーカミオカンデは当初から日米の研究者の共同研究という形で開始された。IMB試験が1991年初頭に終了し、その主力メンバーがスーパーカミオカンデに合流することとなったのである。1996年4月1日0時から後述の破損事故までの時期を Super-Kamiokande I (SK-I) と呼称する。1998年には地球の反対側から飛来する大気ニュートリノの数が少ないことを示し、ニュートリノ振動の証拠として世界に発信した。これにより、スーパーカミオカンデ実験グループはこの年の朝日賞を受賞した。1999年には世界初の長基線ニュートリノ実験K2Kを開始し、大気ニュートリノで発見されたニュートリノ振動の検証に成功した。2001年にはカナダのSNO実験の結果と合わせ、太陽から来るニュートリノも振動していることを発見した。

タイトル: 日本人のノーベル賞受賞者
第二次世界大戦終戦後、未だ戦後占領期にあった1949年11月3日(文化の日)、日本人として初めて湯川秀樹が授賞した。広島原爆投下および長崎原爆投下からわずか4年余りしか経ってないにも関わらず、原子力爆弾の基本理論に近しい素粒子理論である「中間子理論」を授賞理由とした湯川は敗戦直後の日本国民に受け入れられ、国民に大いに自信を与えたという。1901年から始まり2021年に至るノーベル賞の歴史の中で、日本は非欧米諸国の中で最も多い29名の受賞者を輩出しており、このうち4名が受賞時点で外国籍を取得していた。21世紀に入ってからでは、自然科学部門の国別で日本は米国に続く世界第2位のノーベル賞受賞者数となっている。ただし、ノーベル経済学賞を受賞した日本人はおらず、また女性や団体および複数回にわたってノーベル賞を受賞した日本人・団体もいない。

タイトル: 電子ニュートリノ
β崩壊のニュートリノを検出する装置は、1942年に王淦昌によって初めて考案された。そして、電子ニュートリノは、1956年にフレデリック・ライネスとクライド・カワンによって初めて検出された。この業績により、フレデリック・ライネスは1995年のノーベル物理学賞を受賞した。

タイトル: スーパーカミオカンデ
1999年、つくば市の高エネルギー加速器研究機構で作ったνμを、250km離れたスーパーカミオカンデで捉える実験(K2K実験)が開始された。これは世界初の人工ニュートリノによる実験であった。K2K実験は2004年まで行われ、観測の結果、大気ニュートリノで発見されたニュートリノ振動を99.9%以上の精度で確認することができた。2009年には、茨城県東海村の大強度陽子加速器施設(J-PARC)で作られたニュートリノビームを295km離れたスーパーカミオカンデに打ち込むT2K実験が開始された。ニュートリノの混ざり具合を示す3つの混合角のうちθ13だけは未測定であり、この発見が期待されていた。2011年6月、ミューニュートリノから電子ニュートリノへ変化する「電子ニュートリノ出現事象」を示唆する観測結果を世界で初めてとらえ、混合角θ13が予想されていた値よりは大きい可能性を指摘した。

タイトル: 日本の科学技術
小林誠、益川敏英、そして現在はアメリカ合衆国国籍の南部陽一郎が2008年にノーベル物理学賞を共同受賞し、同年に下村脩がノーベル化学賞を受賞した。以降も2010年に鈴木章と根岸英一がノーベル化学賞を受賞し、2012年には山中伸弥が日本人2人目のノーベル生理学・医学賞受賞者となった。

タイトル: 吉田滋
吉田 滋(よしだ しげる、1966年- )は、日本の実験物理学者。千葉大学理学研究院(ハドロン宇宙科学)教授および千葉大学附属ハドロン宇宙国際研究センターセンター長。大阪府出身。東京工業大学大学院で理学博士号を取得 。アメリカ・ユタ州立大学研究員、東京大学助手等を経て2002年に千葉大学に着任。2014年に、超高エネルギー宇宙ニュートリノ発見への貢献により平成基礎科学財団より戸塚賞を受賞。 2019年には、原子物理学とその応用分野での優れた業績の科学者に贈られる仁科記念賞を受賞した。2020年に、2018年の史上初のニュートリノ放射源天体同定成功までの経緯をつづった著書「深宇宙ニュートリノの発見 宇宙の巨大なエンジンからの使者」(ISBN 978-4334044725)を光文社新書より出版。

タイトル: 市川温子
市川 温子(いちかわ あつこ、1970年11月17日 - )は、日本の物理学者。ニュートリノ振動の測定を目的とするT2K実験に参加し、2019年からは同実験の代表者を務めている。東北大学大学院理学研究科教授。

タイトル: 梶田隆章
1999年に第45回仁科記念賞を受賞した。これらの成果はすべてグループによる研究の賜物であった。2015年、アーサー・B・マクドナルドと共にノーベル物理学賞を受賞。受賞理由は「ニュートリノが質量をもつことを示すニュートリノ振動の発見」である。同年、ノーベル生理学医学賞を受賞した大村智らと共に文化勲章を受章した。2015年の梶田のノーベル物理学賞の受賞理由となった「ニュートリノが質量をもつことを示すニュートリノ振動の発見」は、梶田の先輩であり師でもあった戸塚洋二を中心として行われた研究の賜物であり、梶田は戸塚の後継者としてノーベル物理学賞を受賞する形となったが、戸塚本人は2008年に癌で亡くなっており、もしも戸塚が生きていれば梶田との共同受賞は確実だったと惜しまれた。

タイトル: 福井崇時
福井 崇時(ふくい しゅうじ、1923年(大正12年)8月19日 - 2018年(平成30年)5月4日)は、日本の物理学者。名古屋大学名誉教授。1957年、高エネルギー荷電粒子の飛跡を観測する「放電箱」(ディスチャージチェンバー、後のスパークチェンバー)を開発、1961年仁科記念賞、1962年朝日賞(文化賞部門)を、いずれも宮本重徳とともに受賞。1985年紫綬褒章、1993年勲三等旭日中綬章、2001年イタリア共和国功労賞コメンダトーレ三等騎士勲章。著書に『身近な物理の世界』(1991年)、『粒子物理計測学入門』(1992年)がある。また1966年のノーベル物理学賞の候補に挙がっていたことが判明している 。

タイトル: 2008年の日本
本年は日本出身者では史上最多となる4人がノーベル賞を受賞した。

タイトル: 梶田隆章
埼玉県東松山市出身の物理学者。専門はニュートリノ研究。ニュートリノ振動の発見により、2015年にアーサー・B・マクドナルドと共にノーベル物理学賞を受賞した。2017年度より朝日賞選考委員を務めている。2020年度より日本学術会議会長(第25期)。 東京大学の宇宙線研究所にて長年にわたり研究に従事し、助手、助教授、教授を務めており、2008年には所長に就任した。同研究所の附属宇宙ニュートリノ観測情報融合センターにおいてはセンター長を兼務した。そのほか、カブリ数物連携宇宙研究機構の主任研究員も兼務した。また、東京大学より2016年には特別栄誉教授の称号が授与され、2017年には卓越教授の称号が授与された。母校である埼玉大学からは、2015年にフェローに任じられた。

タイトル: 2019年の日本
ノーベル賞の自然科学分野において日本人1人が受賞した。

タイトル: ノーベル賞
前述のようにノーベル賞の自然科学分野における受賞者は欧米の研究者を中心としており、1920年代に日本人の山極勝三郎がノミネートされた際には、選考委員会で「東洋人にはノーベル賞は早すぎる」との発言があったことも明らかになっている。また、元国連大使の松平康東は、1930年代に呉建がノミネートされた際には日本が枢軸国であったことで受賞に至らなかったとしている。欧米以外の国で研究活動を行った非欧米人では、1930年にインド人のチャンドラセカール・ラマンが物理学賞を受賞したのが最初である。日本人である湯川秀樹(1949年受賞)、朝永振一郎(1965年受賞)らがやはり物理学賞で受賞している。

タイトル: 鈴木厚人
小柴昌俊(東京大学特別栄誉教授)の愛弟子の1人。カミオカンデ、スーパーカミオカンデでのニュートリノ観測実験の主要メンバーとして活躍した。特にカミオカンデでは大口径(20インチ)光電子増倍管の開発と製作、超純水製造装置の設計、製作などを担当し、戸塚洋二、須田英博とともに検出器建設と実験遂行の中心的存在であった。スーパーカミオカンデ実験が稼働すると東北大学に戻り、それまでの水を使った検出器ではなく、原子炉ニュートリノや地球ニュートリノなど低エネルギーのニュートリノに極めて感度の高い油(液体シンチレーター)を用いた検出器の開発と製作に情熱を燃やし、世界最大の1000トン液体シンチレータ検出器であるカムランド実験を提唱。小柴から譲り受けたカミオカンデを大改造して検出器を建設し、2002年(平成14年)1月から実験を開始した。

タイトル: 鈴木秀次
鈴木 秀次(すずき ひでじ、1924年1月25日 - 2002年4月13日) は、日本の物理学者。東京大学名誉教授。日本学士院賞受賞。

タイトル: メルヴィン・シュワーツ
メルヴィン・シュワーツ(Melvin Schwartz、1932年11月2日 - 2006年8月28日)はアメリカ合衆国の物理学者。1988年、ニュートリノビーム法、およびミューニュートリノの発見によるレプトンの二重構造の実証により、レオン・レーダーマン、ジャック・シュタインバーガーと共にノーベル物理学賞を受賞。

タイトル: スーパーカミオカンデ
ニュートリノと反ニュートリノの振動の違い(CP対称性の破れ)の発見と精密測定による宇宙の物質の起源の解明、ニュートリノ天文学のさらなる発展、陽子崩壊の発見による「素粒子の統一」と「電磁力・弱い力・強い力の統一」の証明を目的とする。2015年1月に13カ国の研究機関や大学が参加する国際共同研究グループが正式発足した。2020年1月、ハイパーカミオカンデ計画の初年度予算35億円を含む2019年度補正予算が成立し、2021年5月に着工した。2022年6月現在、アルメニア、ブラジル、カナダ、チェコ、フランス、ドイツ、インド、イタリア、日本、韓国、メキシコ、モロッコ、ポーランド、ロシア、スペイン、スウェーデン、スイス、イギリス、ウクライナ、アメリカの20ヶ国の研究者が参加している。

タイトル: ブルーノ・ポンテコルボ
この太陽ニュートリノ問題に対して、彼はニュートリノ振動として知られる電子ニュートリノがミューニュートリノになる現象を提唱した。この現象の存在は、最終的に1998年のスーパーカミオカンデ実験によって証明された。また1958年には超新星爆発によって激しいニュートリノバーストが生じることも予測し、これは1987年に超新星SN 1987Aがニュートリノ検出器によって検出されたことで確認された。

タイトル: ニュートリノ振動
1998年に梶田隆章らによるスーパーカミオカンデが大気ニュートリノの観測から、アーサー・B・マクドナルドらによるサドベリー・ニュートリノ天文台が太陽ニュートリノの観測からこの現象を実証した。2010年5月31日に国際研究実験OPERAを実施する研究チームがCERNの加速器において振動現象をはじめて直接的に確認したと発表。このほかにも次節で示す諸実験が行われている。ニュートリノ振動が観測されたことにより、ニュートリノの質量をゼロとする標準模型に何らかの修正が必要であることが示された。期待されている新しい理論では、ニュートリノと同じように他のレプトンも振動していることを予測する(荷電レプトン混合現象)。ただし、レプトンの場合はその測定にはさらなる精密さを要求されるため、観測精度を一層高めた今後の研究結果が待たれている。なお、ハドロンについてはクォーク混合により振動は既知の現象である。

タイトル: 丹羽公雄
丹羽 公雄(にわ きみお、1946年5月21日 - )は、日本の物理学者、天文学者。専門は素粒子物理学。名古屋大学名誉教授。丹生潔の下で宇宙線の反応を記録した「原子核乾板」からチャームクォークを観測し、小林・益川理論のきっかけを与えた(1971年)。さらに、原子核乾板中の粒子の軌跡を自動で読み取る原子核乾板全自動走査機を開発(1975年)。これによって初めてタウニュートリノ反応の結果つくられたタウ粒子を直接観測することが可能になり(1998年)、タウニュートリノの存在が証明された(2000年)。

タイトル: 西川公一郎
1971年に京都大学理学部物理学科卒業。ノースウェスタン大学Ph.D.。中性K中間子におけるCP非保存の実験、スーパーカミオカンデを用いた大気ニュートリノ振動実験といった実験に参加してきた。その後、茨城県つくば市の高エネルギー加速器研究機構に設置された加速器からニュートリノを放射してスーパーカミオカンデで測定するK2K実験(つくば-神岡間長基線ニュートリノ振動実験)を提案し、実験代表者としてこのプロジェクトを主導した。その結果、ニュートリノの種類が飛行中に変化している証拠が確認され、従来の理論では質量ゼロとされていたニュートリノが質量を持つことが確実になった。その後、茨城県那珂郡東海村に建設された大強度陽子加速器を用いた次世代ニュートリノ振動実験(T2K実験)の実現を推進した。

タイトル: 物理学
2018年時点において、物理学の多くの分野で研究が進展している。スーパーカミオカンデの実験からニュートリノの質量が0でないことが判明した。このことを理論の立場から理解しようとするならば、既存の標準理論の枠組みを越えた理解が必要である。質量のあるニュートリノの物理は現在理論と実験が影響しあい活発に研究されている領域である。今後数年で粒子加速器によるTeV(テラ電子ボルト)領域のエネルギー尺度の探査はさらに活発になるであろう。実験物理学者はそこでヒッグス粒子や超対称性粒子の証拠を見つけられるのではないかと期待している。量子力学と一般相対性理論を量子重力の単一理論に統合するという半世紀以上におよぶ試みはまだ結実していない。現在の有望な候補はM理論とループ量子重力理論である。宇宙物理学の分野でも1990年代から2000年代にかけて大きな進展が見られた。

タイトル: 市川温子
T2K実験に設計段階から参加し、機器の開発と実験データ解析に貢献している。2019年からはT2K実験の代表者を務めている。この実験は、J-PARCで生成されたニュートリノを295キロメートル離れたスーパーカミオカンデで捉え、ニュートリノ振動を測定することを目的としている。ニュートリノ振動によるレプトン数保存則の破れは、宇宙が誕生時に生成された粒子と反粒子が対消滅によって完全には打ち消しあわず、粒子によって構成される物質だけが残っている理由を解き明かすカギになる可能性がある。

タイトル: 中川昌美
中川 昌美(なかがわ まさみ 1932年 - 2001年3月10日)は、日本の物理学者。専門は素粒子論。学位は、理学博士(名古屋大学)。 元名城大学理工学部教授。三重県出身。坂田学派と呼ばれる坂田昌一の弟子の一人。1962年、坂田昌一、牧二郎とともに、ニュートリノ振動を提唱した(ポンテコルボ・牧・中川・坂田行列(PMNS行列) )ことで知られる。