科学入門シリーズ５　　ニュートリノ

第4回　　新発見

カナダ、ニッケル鉱山２０００メートル地下に建設中の「スノー」観測装置。
球の表面にブツブツ見えるのは高感度光センサーの光電子増倍管。

　前回は、太陽ニュートリノは予想の半分しか観測にかからず、太陽の活動が半分に落ちている疑いがあることを話しました。

　しかし、すぐ太陽科学者から反論が来ました。

①太陽の膨大な熱容量を考えると、数１０万年で太陽活動を半分にするなど無理がある。
②太陽は、熱発生を安定化するうまいフィードバックがかかっている。中心で熱を作りすぎると、太陽は少し膨張して中心部の温度を下げ、熱発生を抑える。中心で熱発生が少なすぎると、太陽は少し収縮して中心の温度を上げ、熱発生を増やす。このような機構を自動的に行っているので、簡単に熱発生を半分にすることなどできない。
　
私はそう言われても、太陽ニュートリノを長い間精密に観測して本当に太陽の熱発生量が時間とともに一定かどうか確かめるべきと思います。めったにないことですが、理論には、気づかない不備がどこかに潜んでいる可能性があるからです。理論を妄信してはいけません。

　でも太陽科学者にそうまで言われると、素粒子物理学者の意見も聞く必要があります。素粒子物理学者はスマートな連中ですからすぐにこんな返事がきます。

①太陽の熱発生が変わらないとすると、変わらなければならないのはニュートリノのほうだ。ニュートリノには３種類あり、第１番目だけが太陽で作られる。第２，第３番目のニュートリノは物質との反応が第１番目よりも５分の１くらい小さい。
②太陽中心で作られた第１番目ニュートリノが地球に飛んでくる間に第２番目のニュートリノに変身したと考えてみよう。第２番目は反応力が小さいので、ス－パーカミオカンデ装置内で反応する数は第１番目より少なく、ほとんど通り抜けてしまうはずだ。
③第１番目ニュートリノの６７％が第２番目ニュートリノになったとしよう。第２番目の約５分の１が反応するだけだから、スーパーカミオカンデ内部で観測されるのは、３３％の第１番目ニュートリノ信号と、１５％の第２番目ニュートリノ信号となり、合計するとちょうど半分近くになるじゃないか。
④この変身が起きるためには、ニュートリノが小さな質量を持っていることと、３種類のニュートリノ間に「混合」と呼ばれる交じりあいが起きている必要がある。ニュートリノの質量と混合は、もし本当に確認されれば、素粒子物理学の大発見だぞよ！

　カナダの観測装置「スノー」（上の写真）は、スーパーカミオカンデと同じ第１番目にも感度がありますが、第２，第３番目を別に捕らえることのできる優れものでした。水の代わりに１０００トンの重水を使っていました。重水１リットルのお値段は高級なコニャックのお値段と同じくらいですから、ＳＮＯ装置は大変なお金がかかっていることがわかると思います（実際はカナダ政府から１０００トンの重水をただで借りました。昨年、観測が終わったので、重水をそのまま政府に返しました）。

　スーパーカミオカンデの観測結果とスノーの観測結果を合わせてみると、驚くなかれ、本当に３分の２の第１番目ニュートリノが第２番目ニュートリノに変身していることがわかったのです。大発見だ！

　ニュートリノの紹介は一応ここで終わります。後で、この大発見を書きたいと思います。

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