素・核実験

素粒子実験(ニュートリノ)

教員

教授/井上 邦雄 教授/白井 淳平
准教授/末包 文彦 HP 准教授/古賀 真之 准教授/三井 唯夫 HP 准教授/清水 格
講師/中村 健悟
助教/玉江 京子 助教/丸藤 祐仁 助教/池田 晴雄 助教/上島 考太 助教/石徹白 晃治
助教/渡辺 寛子

研究について

非加速器素粒子実験
 自然や宇宙は巨大な素粒子実験室である。身の回りには宇宙創成期、進化期の情報を持った素粒子がさまよい、地球や太陽、銀河からは絶えず素粒子が放出され、地上に降り注いでくる。これらの粒子を検出して素粒子や宇宙を研究することが非加速器素粒子実験の目的である。中でもニュートリノは弱い相互作用しかしないため宇宙初期から太陽内部、星の終焉、地球内部の情報までも直接現在の我々人類に伝えてくれる。さらに、ニュートリノの極端に軽い質量構造や、ニュートリノ間の結びつきは、素粒子大統一理論を反映しており、宇宙が物質のみから構成されている事の原因とも考えられる。このようなニュートリノの研究は、素粒子物理学はもちろん宇宙物理・地球物理学の今後の展開を方向付ける重要な研究課題である。

カムランド実験
当研究グループは、①原子炉反ニュートリノ観測によるニュートリノの性質の特定、②地球内部反ニュートリノ検出による地球構造・形成の研究、③太陽ニュートリノ検出による恒星進化の研究を主目的とした、世界最大の1,000 トン液体シンチレータ検出器を岐阜県飛騨市神岡鉱山の地下1,000 mに完成させた。

 この検出器によって、原子炉からの反電子ニュートリノ観測を行い、ニュートリノの見かけの数が距離とともに減少・復元を繰り返す、ニュートリノ振動を2サイクル以上にわたって捉え、30年以上未解決であった太陽ニュートリノの謎を解決するとともに、ニュートリノ振動パラメータの精密測定を達成した。
 また、地球内部からのニュートリノの観測にも世界で最初に成功し、ニュートリノをプローブとして利用した地球内部の観測「ニュートリノ地球物理」を切りひらいた。このニュートリノは地球内部の放射性物質が崩壊する際に熱と共に放出するものであり、地球形成・発展の研究、地磁気生成、マントル対流といった地球ダイナミクスの研究への展開が期待される。今では、カムランドの観測精度が向上し地球のモデル計算を検証できるようになってきており、イタリアの観測グループも観測に成功したこともあって急速に発展しつつある。さらなるニュートリノ利用の実践として、太陽ニュートリノ観測による太陽内部の直接観測とそれによる恒星進化の究明、超新星爆発ニュートリノの観測による宇宙の進化の研究も推進する。
 また新たに、カムランドの極低バックグラウンド環境を活用した136Xe を使ったニュートリノレス2重ベータ崩壊の研究プロジェクトが始まった。ニュートリノと反ニュートリノの同一性(マヨラナ性)を調べる現実的な唯一の研究手法であり、ニュートリノの質量構造も決定することができる。マヨラナ性の解明はニュートリノの質量生成機構や、宇宙が物質だけでできていることに対して強い関係があると考えられており、素粒子標準理論を越えたこれらの謎の究明の最有力手法として世界中で激しい競争が繰り広げられている。ニュートリノ科学研究センターが推進するプロジェクトは、カムランドの巨大かつ極低バックグラウンドの環境を活かして世界最高感度での観測が進行中である。国際的な共同研究のもとで、将来の多核種での二重ベータ崩壊研究、暗黒物質の探索、第4世代ニュートリノのための研究開発が進行中であり、アイデア次第で多様な発展が期待できる状況にある。
 また将来に向けた技術開発として、反ニュートリノ方向観測の感度を持たせるための液体シンチレータ・光学系・光センサーの開発も行っており、原子炉非破壊診断などの多様な応用展開も見込まれる。

カスカ/ダブルショー(KASKA/Double Chooz)グループ

 本研究グループは、フランスのChooz原子力発電所でDouble Chooz実験(図参照)を行い、スーパーカミオカンデ、カムランドに続く、第3のニュートリノ振動を検出することに成功した。 2011年11月に原子炉ニュートリノによる近距離でのニュートリノ振動の兆候を世界で始めて検出し、現在はθ13と呼ばれる、最後まで謎であったニュートリノ振動角を次のように測定している。

sin22θ13 = 0.109 ± 0.035.

基礎パラメータであるθ13の大きさを明らかにすることで、素粒子の標準模型では説明することができないニュートリノ混合に対する理解を深めることができ、ニュートリノ反応でのCP非対称性などの多くの謎の解決への道筋を示すことができる。また、ローレンツ対称性の破れの探索、原子炉停止によるバックグラウンドの直接測定の論文を発表し、世界の3カ所の原子炉ニュートリノ振動実験のベースラインの違いを利用した質量二乗差Δm231の測定に関する研究も行っている。
この他にも原子炉ニュートリノ検出技術を用いて,原子炉によるプルトニウム生成の監視システムの開発を行い,ニュートリノの実社会への応用の可能性を追求している。

ページの先頭へ