ニュートリノと呼ばれる幽霊のような粒子の間で変化する奇妙なアイデンティティは、日本とカナダでの大規模な地下実験のリーダーとして、2015 年のノーベル物理学賞を受賞しました。東京大学の梶田隆明は、1998 年に重要な発見をした日本の首都の北西 250 キロメートルにある亜鉛鉱山でスーパーカミオカンデ検出器を扱う研究者を率いました。カナダのキングストンにあるクイーンズ大学の Arthur McDonald は、カナダの鉱山にあるサドベリー ニュートリノ天文台 (SNO) は、2001 年のスーパーカミオカンデの結果を確認し、拡張しました。
他の物質とほとんど相互作用しないニュートリノには、電子、ミューオン、タウの 3 つの異なるタイプがあります。今年の受賞者は、粒子が光速に近い速度で移動するときに、3 つのタイプが互いに変形できることを示しました。これは、とらえどころのない粒子が質量を持っているに違いないことを証明しています。スーパーカミオカンデを使った研究者たちは、宇宙からの高エネルギー粒子が大気に衝突して生成されるミューニュートリノが、移動するにつれてアイデンティティを変えることを発見しました。それを行うために、彼らは上空から降り注ぐミュー型ニュートリノの数と、はるかに長い距離を地球を通って上向きに飛来するミュー型ニュートリノの数を比較し、数が異なることを示しました。これは、ニュートリノが輸送中に型を変えたことを証明しています。
SNO の物理学者は太陽からのニュートリノを調べましたが、そのすべてが電子ニュートリノとして始まりました。彼らは、粒子が太陽から 1 億 5000 万キロメートルの旅をするときに、これらのニュートリノの一部がミューニュートリノとタウニュートリノに変化することを発見しました。そのために、彼らは 1 つの検出器内で 2 つの方法を採用しました。1 つは電子ニュートリノだけを検出できる方法で、もう 1 つはすべてのニュートリノの全フラックスをカウントする方法です。
どちらの実験も、何百人もの物理学者が関与する大規模な共同作業でした。 「この賞を私と分かち合う多くの同僚がいます」と、マクドナルドは賞を発表する記者会見で電話で語った.
この観測により、ニュートリノは完全に質量がゼロというわけではなく、ある程度の重量があるはずであることが証明されました。これは、特殊相対論によれば、質量のない粒子は光速で移動する必要があり、その場合、時間は静止し、変化が不可能になるためです。この結果は、そのような「ニュートリノ振動」の研究を開始しました。これは現在、素粒子物理学の主要な推進力の 1 つであり、ニュートリノを地球から数百キロメートル離れた距離の検出器に発射する大規模な実験を含みます。このような振動の研究は、宇宙が反物質よりもはるかに多くの物質をどのように生成したかなど、根本的な問題に最終的に光を当てる可能性があります.
英オックスフォード大学の素粒子物理学者、アルフォンス・ウェバー氏は、「私は非常に興奮しており、いまだに言葉を失っています。 「これは驚きでしたが、それほど予想外ではないかもしれません。これは非常に大きな発見の 1 つです。」新しいノーベル賞受賞者の実験によって得られた結果は、いくぶん直感に反していると彼は言います。 「あるものが別のものに変化するのは、自然の中で奇妙なことです。リンゴを投げると、誰かがオレンジを捕まえるようなものです。」
Dan Clery によるレポート
