2015 年ノーベル物理学賞!ニュートリノ振動の発見

2015 年ノーベル物理学賞!ニュートリノ振動の発見

廣田 誠子

 

2015 年のノーベル物理学賞は、ニュートリノ振動を発見した功績で、東京大学宇宙線研究所所長、梶田隆章氏とカナダ、クィーン大学のArt McDonald 氏が受賞した。

 

ニュートリノは物質を構成する素粒子の1つで、ニュートリノ振動とはニュートリノに質量があるためにその種類が変化するという現象だ。この発見は長らく質量がないと思われたニュートリノに質量がある証拠として、物理学の世界に衝撃を与えた。

 

では何故、質量があると種類の変化が起きるのだろうか。

 

ニュートリノには3 種類ある。仮に、どの種類も3 つの重さ成分を持ち、この3 成分の混ざり具合の違いが種類の違いにあたるとしよう。ここで、種類Aニュートリノが1つ、あるエネルギーで、ある距離に置かれた検出器へ飛んでくることを想像してみる。A の中でも重い成分は遅く、軽い成分は早く検出器に到着するため、検出器での重さ成分の混ざり具合は、もともとの種類A のものから他の種類のものへと変わっているだろう。これが「ニュートリノ振動」であり、3 つの重さ成分が0 では起こり得ない。つまり、飛んでくるはずの種類A が検出器ではA として観測されないことが「ニュートリノ振動」、ひいては質量の証拠となるわけだ。

 

梶田さんは、岐阜県の神岡鉱山にあるスーパーカミオカンデ(直径40m 高さ40m の巨大水槽)という検出器で、大気由来のμニュートリノという種類が、飛んでくるはずの数よりも減っていることを突き止めた。

 

今回の業績は、前身であるカミオカンデでの小柴昌俊・東大名誉教授が受賞(2002 年)に続く快挙。後継実験ハイパーカミオカンデ計画にも期待したい。