Transcript ニュートリノ、 そして宇宙 - 神岡宇宙素粒子研究施設

スーパーカミオカンデ、ニュートリノ、
そして宇宙
（一研究者の軌跡）
平成１２年４月１８日＠科学技術週間
東京大学宇宙線研究所
戸塚洋二
 １９８３年

 １９８７年
カミオカンデによる陽子崩壊探索開始
大気ニュートリノ研究開始
太陽ニュートリノ研究開始
超新星ニュートリノの観測成功






１９９１年
１９９６年
１９９８年
１９９９年
年
年
スーパーカミオカンデ建設開始
スーパーカミオカンデ観測開始
ニュートリノ有限質量の発見（大気ニュートリノ観測）
つくば－神岡間ニュートリノ振動実験開始
宇宙線望遠鏡（将来計画）
重力波望遠鏡（将来計画）
カミオカンデによる陽子崩壊探索実験
π0
p
e+
p → e＋＋π0 → γ…
ν ＋ Ｋ＋ → γ,ν,…
崩壊産物のe+やガンマ線を観測する
小柴先生（本年Wolf賞）
F.Reines （１９９５年Nobel賞）
カミオカンデ
動作原理
カミオカンデ装置
光電子増倍管
陽子崩壊観測されず！
装置は低エネルギー電子に高い感度あり
太陽ニュートリノが観測できる？？
νｅ + e → νｅ ＋ e
超新星SN1987A
超新星とは
星の最後の大爆発
半径１０００ｋｍの鉄球が崩落し半径１０ｋｍの中
性子星になる過程（Ⅱ型）
星の半径は１０００万～１億ｋｍ
放出される位置エネルギー＝３×１０５３erg
（４６億年分の太陽エネルギーのさらに５００倍）
９９％はニュートリノが持ち出し、１％が星の破壊
に使われる
ニュートリノの放出時間は１０秒程度
１０－１００年に一度天の川銀河で起きる
データ（Ⅰ）
データ（Ⅱ）
ニュートリノの観測結果
 全放出エネルギー＝2.5±1.2 ×1053 erg
 原始中性子星の表面温度
＝5.2±1.2 ×1010 度
 原始中性子星の半径
＝23±20 km
 放出時間
＝4.2±2 秒
 太陽・大気ニュートリノの研究
スーパーカミオカンデ
（１９９６年４月完成）
国際共同研究
日本人研究者約７０名、外国人約５０名
特徴
純水量＝５００００トン
有効体積＝２２５００トン
（カミオカンデ有効体積：６８０－１０００トン）
光電子増倍管の改良（時間、電荷特性）
光電子増倍管取り付け密度＝２本/m2
総数＝１１２００本
高度な電子計算機システム
純水製造装置（溶存ラドンガスの除去）
研究目的
太陽ニュートリノ
大気ニュートリノ
陽子崩壊
ニュートリノ振動実験（追加）
太陽ニュートリノの精密観測
大気ニュートリノとは（Ⅰ）
p, He
大気
π±
μ±
Super-K
e±
νe
νμ
νμ：νe＝２：１
地球
大気ニュートリノとは（Ⅱ）
θ
θ
フラックスの上下
対称性
地球
イベントディスプレー
電子
ミューオン
低エネルギー
高エネルギー
ニュートリノ振動
結果の意味すること（素粒子）
ニュートリノに質量があること
m(ντ) = 0.1 – 10 eV（電子ボルト）
（観測はτ型とμ型ニュートリノの質量差を示すの
み）

= m(陽子)÷( １億～１００億)
なぜこんなに小さいか
 新しい理論（大統一理論）の存在
結果の意味すること（宇宙）
宇宙の質量密度が臨界値を超えると宇宙
は将来収縮に転じてつぶれる
宇宙の密度が臨界値以下だと宇宙は膨張
し続ける
宇宙にある陽子とニュートリノ
ニュートリノ質量は宇宙の未来に大きな影
響を及ぼす？
つくばー神岡間ニュートリノ振動実験
 観測結果より飛行距離数１００ｋｍから振動の効
果が現れる
つくば
近接装置
ニュートリノ生成場所
ターゲット
陽子加速器
陽子ビームライン
陽子
１０００トン装置内部
μニュートリノは減ったか
昨年４月から実験開始
使用陽子総数
＝7.2×1018個
神岡での期待数 ＝12.3±1.8個
観測数
＝３個！
６月に結果発表
新たな挑戦
新たな謎（最高エネルギー宇宙線）
最高エネルギー宇宙線の到来方向
解明すべき謎
最高エネルギー宇宙線の源
どんな天体か？
宇宙初期の遺物か？
ニュートリノ？
ガンマ線？
？？？？？
宇宙線望遠(TA)
ユタ州に設置
有効面積は日本国土の６分の１
さらなるチャレンジ
重力波
時空場のひずみの伝播
電波は電磁場のひずみの伝播
超新星や中性子星の合体、ビッグバンが
その源
ニュートリノと同時観測
極低温鏡レーザー干渉計計画（LCGT)
性能
地球の公転軌道
が水素原子の直
径の約１％くらい
変化した
おわり
ご清聴ありがとうございました
戸塚洋二
カミオカンデの動作原理
超音速 → ソニックブーム
超光速 → チェレンコフ光
e
（水中の光速 = c/n = c/1.33）
θ
カミオカンデ装置
光電子増倍
２０インチＰＭＴ
ニュートリノの種類
電
荷
ク
ォ
ー
ク
レ
プ
ト
ン
第
１
世
代
第
２
世
代
第
３
世
代
2/3
u
c
t
-1/3
d
s
b
0
νe
νμ
ντ
-1
e
μ
τ
対応する反
粒子が存在
する
宇宙の中の陽子とニュートリノ
数密度
(cm3あたり)
質量
(eV)
質量密度
(eV/cm3)
陽子
0.0000001
1000000000
100
ニュートリノ
100
0.1 ～10
(１種類あたり)
10 ～3000
臨界質量密度≒５０００ eV/cm3