ハイパーカミオカンデで解明が近い反物質の性質

最新の研究によるとニュートリノと反ニュートリノの性質の差が明らかになり、「宇宙には何故、反物質が優勢でないのか」という大問題の解明が近づいている。インペリアル大学を中心とする国際研究グループは物質と反物質には性質に差があるとした研究結果を公表した。

 

 

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Photo: Photo: Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo

 

研究グループは日本の東海にあるJPARCからニュートリノを地中深く打ち込んで、295km離れた神岡のスーパーカミオカンデで観測するT2Kと呼ばれるニュートリノ実験施設を使って実験を行なった。物質(粒子)と反物質(反粒子)が同じ性質であれば存在確率も同じで、その場合、互いに衝突して物質(粒子)は消滅してしまう。物質が存在しているということは精密に測定すれば、それらがわずかに異なる性質を持つことが予想される。

 

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Credit: Super Kamiokande

ニュートリノと反ニュートリノは運動中に3つのフレーバー(電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノ)の種類が変化する(ニュートリノ振動)。この時に、ニュートリノと反ニュートリノに差があれば振動の様子が異なる。

最新のT2K実験の結果は電子ニュートリノと反電子ニュートリノが出現する振動に注目すると、電子ニュートリノの出現確率が反電子ニュートリノより大きいことが判明した。ニュートリノと反ニュートリノが非対称であること(CP対称性の破れ)が明らかにされたことになる。

 

ハイパーカミオカンデの役割

研究グループは次期検出器(ハイパーカミオカンデ)により精度を向上させることができれば、粒子と反粒子の性質の差を明確にできると見ている。カミオカンデのアップグレードとなるハイパーカミオカンデでは数100倍多くのニュートリノを観測することができる。

ただし検出器を設置する場所は国内では制限が大きいため、よりJPARC加速器から離れた韓国に設置する案も浮上している。ハイパーカミオカンデをどこに設置するかは別にしても、次期検出器を使った実験でニュートリノ振動実験の精度は向上する。これによってニュートリノと反ニュートリノの性質の違いが決定的となれば、「宇宙は何故消滅しないのか」という大問題が解明されることになる。

ハイパーカミオカンデはスーパーカミオカンデの水体積の20倍の検出器でJPARCから打ち込んだニュートリノ観測のほかにも、宇宙からやってくるニュートリノを観測する。

 

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Credit: Hyper Kamiokande

 

なおハイパーカミオカンデの検出器(K-tank)を2箇所に分けて建設する案が浮上している。距離が稼げる設置場所は韓国。韓国の加速器研究の進展につながるとして、国際共同チームも乗り気のようである。また予算的にも負担が少なくなるし、冷え込んでいる日韓関係改善にも役立つかもしれない。最終的にはしかしT2Kにも競争相手が出て来たことを頭に奥mべきだろう。DUNEプロジェクトでは1,280km離れた地点に、世界最大の液体アルゴン検出器を設置する。

財政的な負担減、アジアの国際協力関係の強化などのメリットよりも重要なことはDUNEとの棲み分けとハイパーカミオカンデの位置づけである。将来の実験計画を整理して慎重に計画をスタートさせて欲しい。

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