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粒子加速器から生成されたニュートリノの検出に初成功

カリフォルニア大学アーバイン校の研究者らは、世界で初めて、粒子衝突型加速器で生成されたニュートリノを検出したことを報告した。

1956年に初めて検出されたニュートリノは、通常の物質とほとんど反応しない中性の素粒子だ。他のフェルミ粒子と同様に1/2積分スピンを持ち、宇宙で最も多く存在する粒子で、質量は限りなくゼロに近い。ニュートリノは3種類存在し、それぞれ電子、ミューオン、タウ粒子のいずれかに関連している。

物理学者がニュートリノに興味を持つ理由の1つは、遠くの星や私たちの太陽でさえも燃え続けるダイナミクスにニュートリノが果たすと考えられているからだ。

カリフォルニア大学アーバイン校の科学者たちは、粒子衝突型加速器内でニュートリノを発見したことで、宇宙空間を長距離移動し、最終的に私たちの惑星に衝突する宇宙ニュートリノについて、より詳しく明らかにすることができるだろうと述べている。また、この発見は、宇宙の遠隔地のダイナミクスに関する新たな洞察をもたらし、現代物理学の大きな謎の1つである暗黒物質に光を当てる可能性もあるとのことだ。

この発見は、スイスのジュネーブにあるCERNを拠点とする国際共同研究「Forward Search Experiment」(FASER)の最新の進展であり、チームはFASER粒子検出器を建設し、同施設の有名な大型ハドロン衝突型加速器(LHC)から発生する粒子に関する情報を収集している。

CERNにある巨大な粒子検出器のほとんどは、平均的な大きさの車の約半分の重さで、施設内の小さなトンネルに収まるFASERを圧倒する巨大なものだ。更に、同施設のATLAS検出器は数階建ての高さにあり、重量も数千トンと、この小さな兄弟機よりも重い。

FASERコラボレーションのメンバーによると、彼らの発見は、このような条件下で初めてニュートリノを検出したことになる。この発表は、週末にイタリアの第57回Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories会議で発表された。

カリフォルニア大学アーバイン校の素粒子物理学者でFASERコラボレーションの共同提案者であるJonathan Feng氏は、大学が発表した声明の中で、「2本の粒子ビームを非常に高いエネルギーで衝突させる粒子衝突装置という、まったく新しい発生源からニュートリノを発見しました」と述べている。

CERN施設の素粒子物理学者でもあるFASER共同スポークスマンのJamie Boyd氏は、「衝突型加速器で生成されたニュートリノはこれまで実験によって検出されたことはなかった」「チームの発見は既知の最初の例である」と、付け加えた。

UCアーバイン校は、宇宙空間に大量に存在するにもかかわらず、いまだ謎の多いニュートリノに関連する研究に長く携わってきた歴史がある。ニュートリノの共同発見者の一人であるノーベル賞受賞者のFrederick Reines教授は、UCアーバインの物理学者で天文学者のHank Sobelと共に、70年前にこの粒子を発見したチームの一員だった。

物理学者によって検出されたほとんどのニュートリノは低エネルギー粒子ですが、それに比べて、FASERチームは、スイスで検出されたニュートリノは、研究室の条件下でこれまでに作られた中で最も高いエネルギーであり、深宇宙から放出された粒子の結果、地球の大気を爆撃する粒子のシャワーの際に検出されるものと似ている、と報告している。

Boyd氏は、「LHCの非常に高いエネルギーのニュートリノは、素粒子天体物理学の本当にエキサイティングな観測を理解するために重要です」と述べ、FASERチームの観測によって、深宇宙の物理学の複雑な部分を「他の方法では知ることができない方法で明らかにできるかもしれない」と、付け加えている。


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