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地球ドラマチック:物理学者の頭の中はどうなっているのだろう?

 
β崩壊
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化学は得意だが物理は苦手なわたくしが、猫でもわかるように (本当に?) 解説してみましょう!
物理で猫と言えば・・・「シュレディンガーの猫」ですね。

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ニュートリノって結局何?

素粒子のひとつ。ヒトの体も地球も通り抜けていくが、それを感じることはない。

1930年、排他原理で有名なオーストリアの物理学者パウリ (wolfgang pauli) は、原子核が出すβ線のエネルギーが一部、消失することに説明がつかず、考えあぐねていた。
しかし疑問を解決できるのが、ひとかどのヒト、ぼさっとはしていない。
プラスにもマイナスにも帯電していない幽霊みたいな粒子があるのではないか、と思いついた。

これをとりあえずは「ニュートロン」と呼ぶことにした。これが後にニュートリノとなった。

1933年、所変わってイタリア、物理学者のフェルミ (Enrico Fermi ) はパウリの「ニュートロン」の理論を研究していた。その前1932年に中性子(ニュートロン)が発見されていたため、幽霊の方を「ニュートリノ」と改名した。
「ニュートラル」は中性(帯電していない)、「イノ」はイタリア語で「小さい」の意味。
フェルミがイタリア人でなかったら、また違った名前になっていたであろう。

1956年、またまた所変わってアメリカ、物理学者のライネス (Frederick Reines) らが原子炉から生まれるニュートリノを捕まえた。これを「発見」という。これまでは理論でしかなかったから。

1969年、アメリカの物理学者デイビス (Raymond Davis Jr.) が太陽ニュートリノの観測を開始、実験を重ねたものの、ニュートリノは理論の1/3程度しか発見できなかった。これが「太陽ニュートリノ問題」としてその後30年近く物理学上の問題となった。

1987年、カミオカンデグループが太陽ニュートリノの観測を開始、16万光年先の超新星から来たニュートリノを捕まえた。そもそも何故16万光年なんて距離が計算できるのかよくわからないが、それはそれとして。

グループが更に2年観測を継続、デイビスとカミオカンデの観測値が一致したことで信憑性が増し、太陽ニュートリノの研究に弾みがついた。更にカミオカンデグループが大気ニュートリノのデータを調べたところ、成分の比率も理論予想と異なっていることを発見した。

1996年、4年以上の歳月をかけ世界最大、世界最高精度のニュートリノ観測装置 「スーパーカミオカンデ」 が完成した。

またスーパーカミオカンデグループは、ニュートリノに重さがあるということまで世界に先がけて発見した。 素粒子物理学上の理論に見直しを迫る、非常に重要な発見であった。

素粒子とは?

すべての物質はクオークレプトンという素粒子からなる。水素原子さえも。クオークもレプトンも各々ペアになる粒子があり、電荷がひとつずつ違っている。レプトンはひとつが電子、ひとつがニュートリノからなる。ゆえにニュートリノは電荷を持たないのである。電荷を持たないとどうなのかというと、他の物質と反応しにくいということになる (反応性が鈍い、不活性である)。だから観測するのが困難だったのだ。

スーパーカミオカンデって?

1996年に完成した世界最大の水チェレンコフ宇宙素粒子観測装置。水中チェレンコフ光イメージ検出器って何?というと、素粒子が引き起こす反応を検出する装置。岐阜県の地下1,000mにある。
日本、アメリカ、韓国、中国、ポーランド、スペイン、カナダ、イギリス、イタリア、フランス等の約40の大学や研究機関との共同研究がなされている。
5万トンもの超純水を蓄えた水タンクと、13,000本もの光センサーが備えられている。
存在目的はニュートリノの性質の全容を解明すること。星の内部や宇宙全体を見ることもできる。
2020年、純水にガドリニウムを加え新生スーパーカミオカンデとして観測をスタートさせた。これにより、ニュートリノの観測感度が向上した。

教育関係の団体さんならば見学できるかも?→ http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/info/index.html

太陽系に興味がある方はこちらも→ 太陽系:水金地火木土天海冥、惑星と準惑星の違いとは?

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