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。
ニュートリノとは素粒子の名前ですがこの研究は非常に難しく、その存在を解明したことが画期的なことでノーベル賞受賞に値する素晴らしい発見となりました。
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かなりわかりづらい印象があります。
「Image Credit:Pinterest」
ニュートリノの大きさ
ニュートリノとは地球上を含め、全宇宙でもっとも質量の小さい素粒子の事で、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、その質量はゼロに近いと考えられるほど、あまりにも小さいためそれ自体の存在を確認することが出来ないでいました。ちなみに素粒子自体の大きさを簡単に表現すると、例えば私たちの身体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といった大きさで、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大きさについて、この素粒子を研究する機関が運営する「Super-Kamiokande H.P」では具体的に例えており、1個のニュートリノを1mmほどのサイズでイメージすると人間の大きさは銀河系くらいになると言います。
「Image Credit:Super-Kamiokande H.P」
つまり、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ると考えられており、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だとされ、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ると考えられています。身近に存在するニュートリノ
実はニュートリノは私たちの身近に存在する素粒子といっても良いのです。私たちの太陽は常に核融合反応で膨大なエネルギーを生成し、そこでニュートリノも作られて地球へ飛んできますが、小さ過ぎて質量ゼロ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。
「Image Credit:Super-Kamiokande H.P」
つまり、今この瞬間も私たちの身体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。
ニュートリノはそれほどまでに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）と呼ばれる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。
「Image Credit: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、何でも通り抜ける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。
この環境により、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。
ほぼ”無”に近いニュートリノを検出出来た事でわかる事の1つは、私たちの母なる太陽の内部をリアルタイムに近い状態で観測出来る事にあります。
それは、熱核融合によって太陽内部で生成されるエネルギー（光や熱等）は、内部の強い重力と高密度が原因で太陽表面に出て来るまで10万年以上かかるとされており、私たち人類が太陽内部で起こった事を知る事が出来るのは10万年後になってからという事になるワケなのですが、ほぼ質量が無く何でも通り抜ける事が出来るニュートリノなら、太陽内部で生成されてからスグに私たちのもとに届く事になります。
つまり、私たちは太陽から届くニュートリノを観測する事で太陽の今の状態を知る事が出来る事になるのです。
「Image Credit:Super-Kamiokande H.P」
これ以外にもこの発見により、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。
