ニュートリノは標準模型の中で最も謎に満ちた粒子の一つである。その主な理由は、検出が非常に困難だからだ。太陽で生成された400兆個ものニュートリノが毎秒人体を通過しているにもかかわらず、通常の物質とはほとんど相互作用しないため、それらについて何かを理解することは困難である。これらの謎を解明するため、中国の新しいニュートリノ検出器が最近データ収集を開始し、今後10年間にわたって1日あたり40〜60個のニュートリノに関する洞察を提供することを目指している。
江門地下ニュートリノ観測所（Jiangmen Underground Neutrino Observatory、JUNO）として知られるこの検出器は、陽江と台山の2つの巨大原子力発電所の間に位置している。これらの核分裂発電所は両方とも、太陽によって生成されるニュートリノに加えて独自の人工ニュートリノを生成するため、この一帯はほとんど相互作用しない粒子で満たされているはずである。
ほとんどのニュートリノ検出器と同様に、地下に設置されているにもかかわらずである。実際には地下700メートルである。地殻の物理的な厚みは、ミューオンのような他の粒子の大部分が検出器に到達するのを阻止することを意図しており、IceCubeのような他の施設では、かなり良い仕事をしている。
それでも、検出器自体は「トップトラッカー」と呼ばれる追加の検出器で覆われており、直径44メートルの超純水プールを覆っている。その役割は、検出器まで到達する可能性のある迷走粒子を検出することである。最終的にそれらを止めることはできないが、それらが生成する可能性のあるデータアーティファクトを除去することができる。
そのデータアーティファクトは、粒子の1つが、個々の光子を検出できる43,212個の感度の高い光検出器に囲まれた球体内の「液体シンチレーター」に衝突した場合に発生する。すべての異なる光検出器からのデータを組み合わせることで、研究者は3つの「タイプ」間の違いがある場合、それが何であるかを含む、ニュートリノのいくつかの物理的特性を引き出すことができる。
それらは電子ニュートリノ、ミューオンニュートリノ、タウニュートリノである。それぞれが互いにわずかに異なる特性を持ち、異なるタイプ間でシフトする、つまり素粒子物理学者の言葉で「振動」する能力を持っている。JUNOの主な目標の1つは、それぞれの質量を理解することであるが、その要求はおそらく大きすぎるため、研究者は少なくとも質量の階層性、つまりどれが最も重くどれが最も軽いかという感覚を得ることを望んでいる。もう1つの潜在的な発見は、タイプが互いにどのくらいの頻度で変化するか、つまりそれらの振動の周波数は何かということである。
ニュートリノがどのように機能するかを理解することで、宇宙論のより明確な全体像が明らかになる。ニュートリノはビッグバン中の初期膨張に関与していると考えられており、天体物理学では超新星への洞察を提供すると考えられている。さらに地質学においても、地球の深部からの放射性岩石がそれらを放出するため重要である。これが科学者たちがその特性を追跡するために多くの時間とエネルギーを投資してきた理由の一部である。
JUNOはその旅の次のステップである。この施設自体は74の研究機関と700人の個人の協力であり、Chinese Academy of SciencesのInstitute for High Energy Physicsによって主導されている。少なくとも10年間は運用され、その期間にわたって、これらの謎に満ちた粒子の特性にさらなる光を当てるのに十分なデータを収集することを期待している。もしそれが実現すれば、科学の複数の領域がより良いものになるだろう。
詳細情報：
CNRS – JUNO: a giant detector to unravel the mysteries of neutrinos
UT – An Unfinished Detector has Already Spotted the Highest-Energy Neutrino Ever Seen
UT – Catching Ghost Particles in Real Time
UT – IceCube Just Spent 10 Years Searching for Dark Matter