ニ ュ ー
リ ノ 振 動
発 見
～
ウ リ
予 言
梶 田 教 授
受 賞 ま
～
川 越 至 桜 東 京 大 学 生 産 技 術 研 究 所
1. め
ュ 振 動 聞 い さ
何 想 像 う 何 プ プ 震 え
現 象 考 え 人 い い
2015年 ュ 質 量 存 在 示
ュ 振 動 発 見 東 京 大
学 梶 田 隆 章 教 授 イ ン 大 学
ア サ 教 授
物 理 学 賞 受 賞 [1] ュ
振 動 い う 言 葉 ビ 等 見 聞
機 会 増 え う 思 う 筆 者 多 く
人 ュ 振 動 い 質 問 受
本 稿 ュ 振 動 う
現 象 質 量 う 関 係 あ
紹
「. ニ ュ ー リ ノ 歴 史
1930年 放 射 性 元 素 研 究 い
ア 物 理 学 者 崩 壊
放 出 さ 粒 子 分 布 連 続 性
説 明 電 気 帯 び い く 知
い う 飛 び 出 う 幽
霊 う 粒 子 あ 考 え
合 う 中 性 質 量 さ 粒 子 存
在 提 唱 [2,3]
粒 子 ュ ン い
日 ュ あ
1933年 崩 壊 研 究 進 い イ
ア 物 理 学 者 フ 考 え
粒 子 い 研 究 い [4] 1932 年
現 在 ュ ン 中 性 子 発 見 さ
い 提 唱 粒 子 中 性
電 気 帯 び い い い う 意 味 ュ
neutral イ ア 語 さ
い い う 意 味 イ ino 組 合 わ
ュ neutrino 付 直
後 1956年 初 ア 物 理
学 者 イ 原 子 炉 生 ュ
捕 え 功 [5]
20 年 以 経 ュ 発 見 さ
あ
現 在 世 界 中 ュ 観 測 や
実 験 行 わ い ュ
性 質 や 未 解 明 素 粒 子 理 論 さ 文 現
象 解 明 手 ュ
理 論 的 研 究 行 わ い [6]
」. ニ ュ ー リ ノ 性 質 」. 1 物 質 を 構 成 素 粒 子
ュ 通 中 性 電
気 持 い さ い 粒 子 素 粒 子 あ
宇 宙 豊 富 素 粒 子 一 あ
身 回 細 く い く
以 分 い 単
位 考 え い 素 粒 子 着 く
物 質 構 素 粒 子 12 種 類 あ 考 え
物 質
プ ン い う 素 粒 子 仲 間 形 さ い
表1 例 え 3 ア ッ プ
2 ン 1
陽 子1 プ ン 仲 間 あ 電 子 １
組 合 わ 水 素 原 子
プ ン ア
粒 子 持 い ア 粒 子 電
荷 １ 異 い う 特 徴 あ 例 え
あ 電 子 電 荷 1 あ
ュ 電 荷 1 異
0 ュ 電 荷 持
い 他 物 質 ほ 反 応 人
間 地 球 容 易 通 抜
う ュ 観 測 非 常
く 性 質 謎 包 い
表1 物 質 を 構 成 ク ー ク レ プ ン
第 一 世 代 第 世 代 第 世 代
Quark
ア ッ プ ャ ッ プ
ン ン ボ
プ ン
Lepton
電 子 ュ
電 子
ュ
ュ
ュ ュ
」. 「 ニ ュ ー リ ノ 分 類
ュ 電 子 ュ
ュ ュ ュ
3種 類 反 粒 子 あ 表1
フ 弱 い 相 互 作 用 固 状 態
分 類 あ
一 方 ュ 質 量 質 量 固
状 態 分 類 質 量
分 類 場 合 m1, m2, m3 い う3
異 質 量 持 ュ 1 ュ
2 ュ 3 3種 類
フ 分 類 質 量
分 類 一 致 一 フ 選
時 異 質 量 ュ 重
合 わ い [7] 例 え 電 子 ュ
い ュ
1 ュ 2 ュ 3 混 合
状 態 い
4. ニ ュ ー リ ノ 観 測
ュ 身 回 光 速 飛 び 交
々 体 １ 秒 間 約 １ 兆 個 突
抜 い ュ 電 荷 持
い 他 物 質 ほ 反 応 い
ュ 物 質 反 応
あ 弱 い 相 互 作 用 [7] 反
応 用 い ュ え
う 世 界 中 実 験 行 わ い
日 本 1983年 岐 阜 県 神 岡 鉱 山 観 測
装 置 ン 建 設 さ ン
実 験 [3]
4. 1 超 新 星 ニ ュ ー リ ノ 観 測
1987 年 1 ン プ
陽 ュ 陽 や く ュ
観 測 開 始 わ 1
ヶ 後 大 ゼ ン 銀 河 起 超 新 星 爆 発
1987A ュ ン
捕 え [8] ュ
文 学 開 花 功 績 2002年
東 京 大 学 柴 昌 俊 誉 教 授 物 理
学 賞 受 賞 い [9]
4. 「 大 気 ニ ュ ー リ ノ
ン プ 大 気 ュ
宇 宙 飛 く 宇 宙 線 大 気 衝 突
生 さ ュ 観 測
行 い [10] 梶 田 教 授 始
ン プ 結 果 電 子 ュ
ュ ュ 分 比
理 論 予 想 違 い 発 見 大 気
ュ 異 常 い う 問 題 提 起
1998年 ン 20倍 ほ
大 い ン [3] 使
異 常 原 因 ュ 振 動 あ
示 [11]
4. 」 陽 ニ ュ ー リ ノ
1969 年 ア 物 理 学 者 イ ビ
陽 ュ 観 測 開 始
観 測 行 い 結 果 陽
ュ う 電 子 ュ 分
理 論 予 測 1/3 程 度 い 示 さ
[12,13] 陽 ュ 問 題
30年 来 謎 い
後 教 授 主
SNO 実 験 陽 ュ
問 題 原 因 ュ 振 動 あ
明 [14,15]
5. ニ ュ ー リ ノ 振 動
3 節 述 う 大 気 ュ 異
常 や 陽 ュ 問 題 原 因 ュ
振 動 あ 明
ュ 振 動 う 現 象
う
5. 1 ニ ュ ー リ ノ 振 動 原 理
ュ 振 動 端 的 言 え あ
ュ 飛 行 中 他 種 類 ュ
変 わ 現 象 あ 例 え 初
ュ ュ 飛 行 中
図1 波 重 合 わ せ イ メ ー
異 振 動 数 を 持 ニ ュ ー リ ノ 波 合 成
さ こ う 生 空 間 を 飛 ぶ 間 ニ
ュ ー リ ノ フ レ ー ー 移 変 わ
ュ 変 わ 後 ュ
ュ 変 わ い 具 合 周
期 的 ュ 種 類 変 わ 現 象
ュ 振 動 い う
ュ 粒 子 あ 時
波 性 質 持
異 質 量 持 ュ 1 ュ
2 ュ 3 異
振 動 数 持 波 空 間 伝 播
3.2 節 述 う ュ
フ 質 量 異 ュ 重
合 わ い 異 3
波 重 具 合 ュ フ
決 [7]
図 1 波 重 合 わ イ あ
異 振 動 数 持 波 重 合 わ う
生 重 具 合 場 所 時 間
変 化 重 具 合 変 化 い う
ュ フ 変 化
い う ュ
空 間 飛 ぶ 間 波 重 具 合 位 相 変
化 フ 種 類 移 変 わ
現 象 ュ 振 動 い う
図2 ュ 振 動 イ あ
簡 単 2種 類 ュ
い 横 軸 距 時 間 縦 軸 各 ュ
図「 ニ ュ ー リ ノ 振 動 イ メ ー
各 フ レ ー ー 確 率 振 動 解 た め 振
確 率 表 あ 場 所 100% ュ
ュ 別 場 所
100% ュ あ 場 所
ュ ュ 戻 い 具 合
ュ フ 周 期 的 変
化 入 わ う 見 え 振 動
確 率 振 動 い 指 い
5. 「 ニ ュ ー リ ノ 振 動 発 見
4.2 節 述 う
ン 大 気 ュ 観 測
1998 年 ュ 振 動 発 見 さ
[11]
図3 ン 大
気 ュ 中 含 ュ ュ
観 測 結 果 理 論 的 予 測 さ 観
測 数 期 待 値 あ [11] 斜 線 領 域 ュ
振 動 い 場 合 期 待 さ 観 測 数
実 線 ュ 振 動 あ 場 合 期 待 さ
観 測 数 黒 丸 実 際 観 測 数 表 地
球 通 抜 検 出 器 や く
ュ ュ 数 や く
ュ ュ 数 半 分 い
一 方 実 際 観 測 結 果 ュ
振 動 あ 場 合 期 待 さ 数 一 致 結
果 い 従 結 果 ュ
ュ 地 球 内 部 通 来 間
ュ 振 動 ュ ュ
他 ュ ュ
変 化 示 い
ュ 振 動 後 陽 ュ
や 人 工 ュ ビ 確 認 さ
[16]
5. 」 ニ ュ ー リ ノ 振 動 質 量
ュ 振 動 ュ 質 量
0 起 い 現 象 あ [7]
ュ 振 動 発 見 さ い う
ュ 質 量 持 い う 示
い
ュ 質 量 0 考
え い ュ 振 動
発 見 ュ 質 量 あ
示 さ 素 粒 子 枠 組 説 明 標 準 理
論 見 直 迫 結 果
図 」 ー ー ミ ン ミ ュ ー ニ ュ ー リ ノ 観 測 数 期 待 値 お11が
斜 線 領 域 ニ ュ ー リ ノ 振 動 い 場 合 期 待 さ 観 測 数 実 線 ニ ュ ー リ ノ 振 動 あ 場 合 期 待 さ 観 測 数 黒 丸 実 際 観 測 数 を 表 検 出 器 来 ミ ュ ー ニ ュ ー
リ ノ 数 向 ニ ュ ー リ ノ 来
ミ ュ ー ニ ュ ー リ ノ 向 ニ ュ ー リ ノ
数 約 半 分 い
6. わ
1930 年 予 言 ュ
20年 以 経 発 見 さ 後 世
界 中 様 々 ュ 実 験 行 わ い
1987年 大 ゼ ン 銀 河 起
超 新 星 爆 発 ュ
ン 検 出 ュ 文 学
開 花 柴 氏 賞 受 賞
梶 田 氏 賞 受 賞 日 本
ュ 実 験 世 界 果
あ 続 い
ュ 未 解 明 素 粒 子 理 論 や
文 現 象 物 質 起 源 解 明 重 要
手 与 え 期 待 さ い 後
ュ 研 究 是 非 注 目 ほ い
文 献
[1] The Nobel Prize in Physics 2015 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/ph ysics/laureates/2015/
[2] Pauli, W. (1930) ‘Liebe radioaktive Damen und Herren’, Open letter to the group of radioactive people at the Gauverein meeting in Tübingen.
[3] ン
http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/ [4] Fermi, E. (1934). ‘Versuch einer Theorie
der β-Strahlen. I’. Zeitschrift für Physik, 88, Issue 3-4, pp. 161-177.
[5] The Nobel Prize in Physics 1995, http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/p hysics/laureates/1995/reines-bio.html [6] Kawagoe, S. et al. (2010) ‘Neutrino
oscillation and expected event rate of supernova neutrinos in the adiabatic explosion model’, Phys. Rev. D, 81, 12, 123014.
[7] Fukugita, M. and Yanagida, T. (2003) ‘Physics of Neutrinos and Applications to Astrophysics’ Springer Belrin.
[8] Hirata, K., et al. (1987) ‘Observation of a neutrino burst from the supernova SN1987A’, Phys. Rev. Lett. 58, 1490. [9] The Nobel Prize in Physics 2002,
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/p hysics/laureates/2002/index.html
[10] 東 京 大 学 宇 宙 線 研 究 所 神 岡 宇 宙 素 粒 子
研 究 施 設
http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/
[11] Fukuda, Y. et al. (1998) ‘Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos’, Phys. Rev. Lett., 81, 1562.
[12] J. N. Bahcall et al. (1968) ‘Present Status of the Theoretical Predictions for the 36Cl Solar-Neutrino Experiment’. Phys. Rev. Lett., 20, 1209.
[13] Hirata, K. S. et al. (1989) ‘Observation of 8B solar neutrinos in the Kamiokande-II detector’, Phys. Rev. Lett. 63, 16.
[14] Ahmad, Q. R. et al. (2001) ‘Measurement of the Rate of νe+d→p+ p
+ e− Interactions Produced by 8B Solar Neutrinos at the Sudbury Neutrino Observatory’, Phys. Rev. Lett., 87, 071301.
[15] Ahmad, Q. R. et al.(2002) ‘Direct Evidence for Neutrino Flavor Transformation from Neutral Current Interactions in the Sudbury Neutrino Observatory’, Phys. Rev. Lett., 89, 011301.
[16] Hosaka, J.,et al. (2006) ‘Solar neutrino measurements in Super-Kamiokande-I’, Phys. Rev. D, 74, 032002.
