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超新星ニュートリノの検出

 超新星ニュートリノの検出は、可視光や、X線、電波などあらゆる電磁波を観測ができるようになったことです。ニュートリノは、天の川銀河の伴星雲であるマゼラン雲から飛来したものです。星、恒星は天然の核融合炉であり、核反応によって解放されたエネルギーによって輝いています。星は、エネルギーをもっているのです。ニュートリノとは、1933年にパウリによって理論的に存在を予言され、26年後に実験で確認された電気的に中性(電荷ゼロ)で、重さ(質量)がほとんどゼロの粒子のことです。現在では電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノの3種類のニュートリノが観測されています。
 小柴教授が1983年、3000トン水チェレンコフ装置「カミオカンデ」を神岡鉱山の地下1000メートルに建設しました。8000トン水チェレンコフ装置が1982年にアメリカでIMBグループによって設置され既に稼働していましたが、カミオカンデチェレンコフ光の集光率等で圧倒的な性能を誇っています。同装置の当初の目的は、素粒子物理学の最大の問題の一つである力の統一理論、大統一理論を実験的に検証するためでした。しかし、2年余の探索によっても陽子崩壊は観測されず、陽子は崩壊するとしてもその寿命は当初の大統一理論の予言よりはるかに長くなければならないことが明らかになりました。小柴教授のグループは、太陽からのニュートリノを観測するために、この装置の改良を1985年から2年間かけて行いました。水チェレンコフ装置で10MeV程度の低エネルギーニュートリノを観測した例はなく、多くの研究者がその成功を危ぶんでいました。しかし環境ノイズを落とす大幅な装置改造は1986年末に成功裏に終了し、1987年初頭から太陽ニュートリノの観測を開始することができました。観測を開始して2カ月後に、大マゼラン星雲に超新星が出現し、ここからのニュートリノ検出に成功したのです。そして米国のIMBグループは小柴教授から知らされた検出時刻のあたりのデータを調べることで、8個のニュートリノが検出されていることを確認したのです。
 神岡やIMBの装置で検出されたニュートリノは総て反電子型ニュートリノと言えます。超新星爆発の数値実験によれば全ての種類のニュートリノはほぼどれも同じ様に放出されます。しかし水チェレンコフカウンターの中でもっとも検出され易いのはこの反電子型ニュートリノだからです。水の水素原子核である陽子と反応すると陽電子が放出されます。陽電子は光の速さに近い速さで運動するのでチェレンコフ光という光を放出します。これを観測することによってニュートリノのエネルギーがわかるのです。
 小柴教授をリーダとするカミオカンデ超新星ニュートリノ検出は、理論的にしか語ることのできなかった、星の最後の大往生である超新星爆発の理論を観測的に実証したのです。ニュートリノで宇宙を観測し、天体の進化、宇宙の進化を明らかにするニュートリノ天文学を創始したと言えるのです。
 世界には多くのニュートリノを検出することのできる装置が稼働しています。その代表が、カミオカンデの後継装置であるスーパカミオカンデと、カナダのSNO(Sudbury Neutrino Observatory)です。スーパカミオカンデは太陽からのニュートリノ宇宙線が大気の上空で作る大気ニュートリノを観測することにより、ニュートリノが質量を持ち、異なった種のニュートリノが互いに入れ替わるという現象、ニュートリノ振動も明確に示しました。SNOは重水を用いたチェレンコフカウンターです。SNOは太陽ニュートリノ観測を進め、中性流相互作用を通じての事象も捕まえ、さらに明確にニュートリノ振動を確認しました。
 小柴教授によって創始されたニュートリノ天文学は、今大きく進みつつある。宇宙の核分裂や振動、温度変化と言った現象が、地球上で繰り広げられることに今までの物理学では計り知れない壮大なスケールで繰り広げられるのです。