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漫画で解説

ニュートリノって何?の巻

梶田さんにノーベル物理学賞 宇宙の誕生、謎解明につながるか

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2015年のノーベル物理学賞に、東京大宇宙線研究所長の梶田隆章氏とカナダ・クイーンズ大名誉教授のアーサー・マクドナルド氏が選ばれました。受賞理由は「ニュートリノに質量があることを示すニュートリノ振動の発見」。なんだか難しいですが、ニュートリノって何でしょうか。
ニュートリノは物質を構成する最小単位の素粒子の一つです。 原子の直径はおよそ1000万分の1ミリ程度ですが、素粒子はさらに原子の1億分の1以下の大きさとされています。 ニュートリノには「電子型」「ミュー型」「タウ型」の3種類あり、それぞれ別の種類に変化するのが「ニュートリノ振動」です。つまり、質量があるからこそ「振動」するのですね。 ニュートリノは1956年には発見されていたものの、詳しい性質などは明らかになっていませんでした。 初めて観測に成功したのは、今回受賞した梶田氏の師匠に当たる人で、2002年にノーベル物理学賞を受賞した東京大特別栄誉教授の小柴昌俊氏です。そして、梶田氏らはニュートリノに質量があることを実験で証明したのです。
では、どうやって実験したのでしょうか? 観測装置「スーパーカミオカンデ」を使いました。「スーパーカミオカンデ」は、小柴氏のノーベル賞受賞につながった「カミオカンデ」の後継機で、岐阜県飛騨市神岡の鉱山跡に建設されています。 施設があるのは地下1000メートル。地上だと、宇宙からたくさんの宇宙線が降ってくるため、観測しづらいそうです。その点、宇宙線は岩に吸収されるため、地下は観測に向いているのだそうです。 具体的には、こうです。 500トンもの「超純水」がためられています。ニュートリノがごくまれに、水の分子にぶつかって発生する光を、約1万1000本の直径50センチの「光電子倍増管」でとらえます。この光を「チェレンコフ光」と言います。
「チェレンコフ光」は、ドーナツ状の青白い光を出すのだそうです。 では、ニュートリノに質量があることが分かると、どんなことに役立つのでしょうか。 ニュートリノは超新星爆発の情報などをそのまま持ってくるため、詳細に調べれば宇宙の成り立ち解明につながると期待されています。 スケールの大きな話ですね。

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