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ニュートリノはなぜこんなに軽いのか?

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Academic year: 2021

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ニュートリノはなぜこんなに軽いのか?

ニュートリノは素粒子の一種である.1930 年にパウリ (W. Pauli)が存在を理論的に予想してから 80 年以上,1956 年にライネス(F. Reines)とカワン(C. Cowan)がはじめて 実験で検出してから 60 年になるが,いまだに素性がよく わかっていない. 質量は素粒子の基本物理量の 1 つであるが,ニュートリ ノではその測定にまだ成功していない.ただし,ニュート リノ振動の発見から,その値は非常に小さいものの 0 では ないことはわかっている.また宇宙の大規模構造における ゆらぎの観測から,3 種のニュートリノの質量の和は約 0.23 eV 以下と考えられている.この質量は,ほかの素粒 子に比べてあまりに軽すぎる(ニュートリノ以外で最も軽 い電子の 100 万分の 1 以下).なぜニュートリノはこんな に軽いのだろうか? すべての素粒子にはその反粒子が存在する.ニュートリ ノと反ニュートリノが別の粒子だとすれば,ニュートリノ の質量もほかのすべての素粒子と起源は同じ(ディラック 質量)であり,ニュートリノだけが特異的に軽いのは不自 然である.一方,ニュートリノと反ニュートリノが同じ粒 子の場合(マヨラナ粒子;「物理学 70 の不思議」の 2 参照), 「右巻きニュートリノ」は極めて重いマヨラナ質量をもつ ことができ,「シーソー機構」(上図)とよばれる質量固有 値の反比例関係を通して,我々の世界を飛び交っている ニュートリノの質量を特異的に小さくすることができる. さらにおもしろいことに,この極めて重い右巻きマヨラ ナニュートリノは,物質粒子への崩壊と反物質粒子への崩 壊の確率が異なる可能性がある.初期宇宙における右巻き マヨラナニュートリノの生成と崩壊によって,我々の住む この宇宙の「物質優勢の謎(注)」が説明できるかもしれな い.「ニュートリノはなぜ軽い?」という問いは,この素 粒子物理学最大の謎に迫る糸口なのである. (注)ビッグバンによって物質と厳密に同じ分量だけ生 成されたはずの反物質は,どこに消えたのか.「物理学 70 の不思議」の 51(次号)参照. 会誌編集委員会 ニュートリノ質量 左巻きニュートリノ 右巻きニュートリノ ©2016  日本物理学会

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