ニュートリノの質量発見がノーベル賞となった理由は?宇宙の謎の解明につながる?わかりやすくまとめてみた

公開日: : 最終更新日:2015/10/11 科学

kazita takaaki

東京大学宇宙線研究所所長の梶田隆章さん(56)がノーベル物理学賞を受賞しましたが、その受賞理由は「ニュートリノに質量があることを発見した」からでした。

しかし、ニュートリノの質量発見がいったいなぜノーベル賞を受賞するに至ったのでしょうか?

 

今回はその理由についてできるかぎりわかりやすくまとめてみました。

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ニュートリノとは?

そもそもニュートリノとは何かといいますと、簡単に言うと素粒子の一つです。

neutrino-1

素粒子って何?と思うかもしれませんが、これは原子の中の原子核の中の陽子、中性子を構成している最小単位の粒子です。

原子よりも小さいという時点で想像はつくかと思いますが、それはもう信じられないほど小さく、もうこれ以上小さくすることは出来ないほど小さな小さな物質のことを素粒子というのです。

その質量を発見するというんですからもうこれだけでもノーベル賞受賞するのが納得なほどです^^;

 

ニュートリノはこの素粒子の一つという話をしましたが、具体的にどのような物質なのかといいますと、宇宙で最も豊富な物質身の回りを光速で飛び交っており人間の体を1秒間に約1兆個も突き抜けている物質なのです。

しかし、ニュートリノは他の物質と反応しないので、人間がそれを感じることはありません。

あらゆる物質を突き抜けてしまうニュートリノは重さを測定するどころか観測することすら難しく、2002年に小柴教授が観測に成功するまでは理論上の存在でした。ちなみに小柴教授も「ニュートリノの観測に成功した」ことでノーベル賞を受賞しています。

 

ニュートリノの質量はどうやって発見した?

kamiokande

さて、測定するだけでも信じられないほど難易度の高い「ニュートリノ」ですが、梶田隆章さんはいったいどうやってこの質量を測定したのでしょう?

それにはニュートリノ振動という現象が関係してきます。

 

ニュートリノは電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノの3種類があり、これらは飛んでいるうちにこれらのどれかに形を変えていきます

この現象を「ニュートリノ振動と呼ぶのですが、これはニュートリノが質量が持ち、ゼロではない場合にしか起こらない現象なのです。

 

梶田さんは、岐阜県・神岡鉱山の地下にあるスーパーカミオカンデにて宇宙から降り注ぐニュートリノを観測し、地球の裏側でできて地球を貫通してきたミュー型のニュートリノの数が神岡上空でできたものの半分であると突き止めたことで、このニュートリノ振動を証明し、ニュートリノの質量解明に至ったのです。

 

ニュートリノは宇宙誕生の謎の解明につながる?

utyu

観測に成功し、質量も発見することができたニュートリノですが、これが一体何に役立つかと言いますと、なんと宇宙誕生の謎の解明につながるとのことなのです。

 

なぜそのようなことが言えるのかといいますと、それは宇宙誕生の話にさかのぼります。

宇宙が誕生したとき、そこには宇宙エネルギーというものが充満していました。そのエネルギーが分離することで、物質反物質というのが同じ量だけ存在するようになります。この物質と反物質は融合すると、またエネルギーに戻り、消えるという性質を持つのですが、現在の宇宙空間で確認できているのは物質のみで、反物質を確認することはできていません

この反物質というものが消滅した理由が判明しておらず、それと同時になぜ物質だけが残ったのかも謎のままなのです。

 

これを証明するのにニュートリノの振動が役に立ってくるのです。

ニュートリノの振動にはニュートリノと反ニュートリノ(ニュートリノの反粒子)との間に、振動の仕方の違いがあり、これを「CP対称性の破れ」と呼びます。

これこそが宇宙に物質だけが残った理由というのを証明してくれるかもしれないのです。

 

つまり今回のノーベル賞から宇宙誕生の謎の解明までの流れをまとめますと

ニュートリノの質量の発見

ニュートリノ振動の証明

CP対称性の破れの証明につながる

宇宙に物質だけが残った理由の証明

反物質が消滅した理由の証明につながる

宇宙誕生の謎解明

となるわけです。

 

 

まとめ

結果的に言えることは梶田隆章さんのノーベル賞受賞につながった「ニュートリノの質量の発見」は宇宙誕生の謎解明につながる可能性のある大きな発見でもあったということです。

ニュートリノの測定にも多くの困難があり、その中で質量を発見した梶田隆章さんの功績は本当に素晴らしいものであります。

 

この発見が宇宙誕生の謎解明につながることを期待して今日はこの辺で^_^

 

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