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ノーベル賞で話題のニュートリノのカミオカンデ実験と成果の簡単説明

日本人物理学者が2人もノーベル賞を受賞してニュートリノ研究。
2002年には小柴昌俊博士。2015年には梶田隆章博士と同じニュートリノの研究で受賞しています。

日本人がこのような世界的に栄誉のある賞を受賞したことは、非常に嬉しく誇りなのですが、そもそもニュートリノとはいったい何なのか?この事について知っている日本人は少ないのではないでしょうか?

ノーベル賞を受賞出来るほどのニュートリノ研究とはどんなことなのか?
詳しく解説すると非常に難しいことのようなので、ここでは簡単にご説明してみたいと思います。



このブログは宇宙に関する情報を掲載していますので、ニュートリノとは宇宙に関係する物質の事を指します。
しかし、この研究は非常に難しくそれを解明したことが画期的なことだとしてノーベル賞にも値する素晴らしい発見となるのです。

ニュートリノの基礎的知識

ニュートリノについてウィキペディアを覗いてみても、詳しく記載されているのは良いのですが専門的でなかなかわかりづらいようです。

ニュートリノの大きさ

ニュートリノとは地球上を含め、全宇宙でもっとも小さい素粒子の事。
この素粒子の存在については100年近い前から提唱されていたのですが、あまりにも小さいためその存在を確認することが出来ない。

ちなみに素粒子自体の大きさを簡単に表現すると、例えば我々のカラダを構成している小さな物質が分子。
その分子を構成しているのが原子で、具体的な原子の大きさを表現すると1億分の1mmといった大きさ。

さらに原子の中心には原子核が存在します。
そしてその原子核を1000メートル級に山に例えると素粒子は人間1人分の大きさに相当し、ニュートリノはその素粒子の中でもさらに小さいとされているのです。

そんなニュートリノはとてつもなく小さく、言わば”無”に近い存在として発見するのは不可能とされてきたのです。

ニュートリノの起源

ニュートリノは、どこで創られ、どこからやって来るのか?
それは宇宙の起源と大きく関係しています。

つまり、宇宙はビッグバンによって誕生しその時に生まれたのがニュートリノ。
そして今のニュートリノの発生源は、太陽などの恒星の熱核融合反応や超新星爆発などの副産物として発生し、常に宇宙を光の速さに近いスピードで飛び交っています。

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身近に存在するニュートリノ

実はニュートリノは我々の身近に存在する素粒子といっても良いのです。

我々の太陽は常に核融合反応で燃えていて、そこでニュートリノも作られて地球へ飛んできます。
小さくて”無”に近いニュートリノは、周りの物質にほとんど影響を受けないため、あらゆる物質を簡単に通り抜けてしまいます。

つまり、今この瞬間も私たちのカワダをニュートリノは通り抜けているワケで、その数なんと1秒間に100兆個とも言われています。

ニュートリノは身近な存在?にも関わらず、小さいが故に存在を確認出来ない。
これは科学者にとっても長年の難しい課題となっていました。

ニュートリノの観測を可能にした日本の研究施設

ノーベル賞を受賞した2人の物理学者も日本に建設した「カミオカンデ」(のちにスーパーカミオカンデが稼働)という、世界最大級の宇宙素粒子観測装置施設によってニュートリノの研究を行っています。


(引用参考:東京大学宇宙線研究所 神岡宇宙素粒子研究施設)

カミオカンデは、岐阜県飛騨市にある旧神岡鉱山跡地内の地下1000メートル付近に設置した50,000tものタンクに、一切の不純物を取り除いた水素と酸素分子の結合体。つまり超純水を満たした施設があります。

カミオカンデの特徴は施設のある場所。地下1,000メートル。
この場所には一切の光は届かないため、ニュートリノといった小さい素粒子しかこの場所には到達しないことになります。

一切の不純物の無い水に、一切の光が届かないとなったらニュートリノの観測はしやすくなります。
それがカミオカンデが建設された理由です。

ニュートリノの発見で意味すること

カミオカンデには超純水のタンクがあります。ニュートリノが超純水の中を通り抜ける際に、水素原子にぶつかりわずかな振動を起こす。
これを「ニュートリノ振動」と呼び、これには3つの種類があり、同時にニュートリノの種類(電子型、ミュー型、タウ型)にも区分けされます。

この振動により3つに別れることが証明され、これまで無いと思われていたニュートリノにも質量があることが確認されることになったのです。

この発見により、宇宙の誕生の謎を解く手掛かりになることが期待され、今後の宇宙物理学の研究発展に大きく貢献出来るものとして評価され、ノーベル賞受賞へ繋がったと言われています。

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