何十年もの間、物理学者はニュートリノと呼ばれる粒子がほとんど質量を持たず、他の物質とほとんど相互作用しないことを知っていました.電子、ミューオン、タウの3つのタイプがあります.そして同じくらい長い間、一部の理論家は、おなじみのいとこよりもさらに奇妙で不活性な第4の無菌ニュートリノが存在する可能性があると主張してきました.しかし、中国で実験に取り組んでいる物理学者が、その存在に関する 3 つの重要なデータのうちの 1 つを弱体化させるデータを報告したため、無菌ニュートリノのケースは打撃を受けました。
さまざまな種類のニュートリノは、さまざまな粒子崩壊と相互作用から生まれます。例えば、電子ニュートリノ、より正確には反電子ニュートリノは、トリチウムなどの原子核が「β崩壊」と呼ばれる一種の放射性崩壊を受け、電子と反ニュートリノ。同様に、ミューニュートリノは、宇宙線で一般的に見られるミューオンと呼ばれる粒子の崩壊から発生する可能性があります。そしてタウ ニュートリノは、アトム スマッシャーで生成できるタウと呼ばれる巨大な粒子の崩壊で出現します。
1998 年以来、物理学者は、ニュートリノが光速に近い速さで加速するにつれて型を変え、ミューニュートリノが電子ニュートリノになることなども知っていました。無菌ニュートリノは、既知の粒子の崩壊では生まれず、通常の粒子と相互作用することさえできない 4 番目のタイプです。代わりに、既知のニュートリノの 1 つが変形した場合にのみ発生する可能性があります。
20 年間、さまざまな実験により、約 1 電子ボルトの質量を持つステライル ニュートリノが示唆されてきました。これは、他のニュートリノと考えられている質量の約 10 倍から 100 倍です。たとえば、1993 年から 1998 年にかけて、ニューメキシコ州ロスアラモス国立研究所の液体シンチレーター ニュートリノ検出器を使用する物理学者は、ミューニュートリノのビームを研究し、それらが無菌ニュートリノに変化している可能性があるという興味をそそる手がかりを見つけました。別の兆候は、1990 年代にロシアとドイツで開始された、太陽からの電子ニュートリノを感知するように設計された 2 つの実験から得られます。どちらの実験もガリウム製の検出器を使用しており、研究者が放射性物質で検出器を調整したところ、電子ニュートリノの数が少なすぎたため、電子ニュートリノが急速に無菌のものに変化したことが示唆されました.
ステライル ニュートリノの最新の証拠は 2011 年に現れました。理論家のチームが、近くの原子炉からの反電子ニュートリノを検出するさまざまな実験で、本来よりも少ない反ニュートリノしか検出されなかったと主張したときです。原子炉の反ニュートリノ異常と呼ばれるこの欠陥は、反ニュートリノが検出不可能な無菌形態に変化していることを示唆していたため、無菌ニュートリノの主張を補強しました。実際、原子炉の反ニュートリノ異常は、無菌ニュートリノのアイデアへの関心を再燃させたと、ブラックスバーグのバージニア工科大学と州立大学の理論家であり、中国の深セン近くの大亜湾原子炉ニュートリノ実験の共同研究者であるパトリック フーバーは言います。
しかし現在、ダヤ湾の物理学者は、はるかに単純な説明を裏付けるデータを報告しています。科学者は、標準的な核燃料の 1 つの成分の核分裂で生成されるさまざまな放射性核から生まれるニュートリノの数を単に過大評価しているだけです。
ダヤ湾実験は、6 つの稼働中の原子炉から 1.9 キロメートル以内にある 3 つのクラスターにある 6 つの検出器で構成されています。物理学者は原子炉コアからの反ニュートリノを研究しており、2012 年にはニュートリノの変形における重要なパラメータの測定結果を報告しました。
原子炉は、ウラン 235、ウラン 238、プルトニウム 239、およびプルトニウム 241 の 4 つの異なる原子核の核分裂から電力を引き出します。これらの原子核は無作為に分裂し、無数の軽い原子核になります。たとえば、ウラン 235 は分裂してクリプトン 89 を作ることができます。中性子が豊富なクリプトン 89 は、β 崩壊を繰り返してルビジウム 89、ストロンチウム 89、イットリウム 89 を形成し、各ステップで反ニュートリノを吐き出します。そのため、それぞれのタイプの核分裂性原子核は、反ニュートリノを吐き出す無数の他の原子核を生み出します。また、物理学者は、4 つの主要な同位体のそれぞれに由来する反ニュートリノの全スペクトルを測定しました。
重要なのは、原子炉が燃料を消費するにつれて、4 つの核分裂性同位体の相対量が変化することです。燃料はウラン同位体の混合物として始まり、プルトニウム同位体はその場で「繁殖」します。そのため、燃料の寿命 (約 18 か月) にわたって、ウラン 235 の量は減少します。反ニュートリノのスペクトルを測定し、核内のウラン 235 の割合を知ることによって、ダヤ湾の物理学者は、反ニュートリノの数の想定される不足がウラン 235 の量に応じて増減することを示すことができた、と彼らは報告している。 arXiv サーバーに投稿されたプレプリント。
物理学者がウラン 235 の崩壊による反ニュートリノの数を過小評価しているのであれば、それは理にかなっている、とフーバーは言う。しかし、その影響が反電子ニュートリノが無菌のものに変化することによって引き起こされたものであるとすれば意味がありません。 「ダヤ湾の結果は、明らかに無菌ニュートリノの解釈を支持していません。」
しかし、新しい結果は物理学者に謎を残しています:ウラン 235 からの反ニュートリノの推定値がなぜそれほど悪いのでしょうか?カリフォルニア大学バークレー校の物理学者であり、ダヤ湾チームの共同スポークスパーソンである Kam-Biu Luk は、「それは確かに百万ドルの質問です。」と述べています。
フーバーは、無菌ニュートリノのアイデアをあきらめる準備ができていないと言います。実際、ニュートリノがどのように小さいが完全にゼロではない質量を得るかについてのほとんどの理論的アイデアは、無菌ニュートリノが存在する必要があると仮定している.無菌ニュートリノについては「私はまだ迷っている」とフーバーは言う。 「2 年ごとに、いずれかの方法で証拠が得られますが、決定的なものではありません。」
