ニュートリノはどこにでも存在します。毎秒約100兆個のニュートリノが私たちの体を通過していますが、相互作用が非常に弱いため、私たちはその存在に気づきません。ニュートリノのこの不気味な性質から、「幽霊粒子」というあだ名が付けられました。ニュートリノの反物質である反ニュートリノもまた、どこにでも存在します。どちらも検出が非常に難しいことで知られていますが、物理学者たちは、最近の記録的な測定が示すように、その幽霊のような性質を回避する技術を向上させています。
低エネルギーニュートリノが原子核全体に反射すると、散乱によって物理学者が原子炉で捕捉できる十分な信号が生成されます。この概念を用いて、物理学者たちはニュートリノ事象で記録された史上最低のエネルギーレベルの測定に成功し、その結果を本日Nature誌に掲載した論文で報告しました。この実験では、スイスのライプシュタットを拠点とするコヒーレントニュートリノ核散乱（CONUS+）共同研究チームが、原子炉内部から反ニュートリノを効果的に「孵化」させました。
「これは大きな実験的挑戦でした」と、この研究の共著者であり、ドイツ・ハイデルベルクのマックス・プランク原子核物理学研究所の物理学者であるクリスチャン・バック氏はギズモードに語った。
この検出器は、反ニュートリノが原子核から跳ね返った際に生じる反跳エネルギーから信号を拾います。物質と反物質はほとんどの基本的な性質を共有しているため、同じ測定を用いてニュートリノのエネルギーレベルを特徴付けることができます。本体の重量はわずか6.6ポンド（3キログラム）で、一般的なトン単位のニュートリノ検出器と比べると非常に小型です。研究者らによると、このようなコンパクトなニュートリノ検出器は、ニュートリノや原子構造全般に関する、より機動的な研究を可能にする魅力的な機会を提供します。
正式には、ニュートリノが原子核全体から跳ね返る現象は、コヒーレント弾性ニュートリノ-原子核散乱（CEvNS）と呼ばれ、1974年に初めて予測されました。物理学者たちは、CEvNSの相互作用率は、巨大な検出器内を高速で移動する何百万もの粒子の一つをニュートリノがかすめるのを待つという一般的な方法の100倍から1,000倍も高いと推測していました。対照的に、CEvNSは「小さなニュートリノが原子核に軽くぶつかるだけで、ピンポン玉が車に当たったようなもので、今度は車の動きを検知しなければならない」ようなものだとバック氏は説明しました。
2017年になって初めて、オークリッジ国立研究所のCOHERENT実験によって、粒子加速器を用いてこれが可能であることが確認されました。CONUS+とその前身であるCONUSは、この結果にいくつかの重要な改良を加えて構築されています。原子炉を発生源としてCEvNSを測定することで、ニュートリノを研究するための全く新しい相互作用チャネルを実証しています。
「原子炉のオペレーターにとって、これは気にする必要のない不要な副産物に過ぎません」とバック氏は述べた。「私たちにとって、原子炉は反ニュートリノの自由な点状発生源です。ライプシュタットの原子炉のような原子炉は、毎秒10の21乗個の反ニュートリノを放出します！ ほとんどすべての反ニュートリノは物質に何の影響も与えずに（幽霊のように）通り過ぎますが、私たちは1日に数個を捕捉しようと努めています。」
「20年にわたる実験的努力を経て、CEvNSの探索は精密測定の時代へと進展しました」と、台湾の中央研究院物理研究所の物理学者ヘンリー・T・ウォン氏は、ネイチャー誌のNews & Views記事で述べています。この研究には関与していないウォン氏は、CONUS+の最新結果は「ニュートリノ物理学研究者に大きな期待をもたらすだろう」と付け加えました。
CONUS+は重要な次のステップとして、装置の精度をさらに向上させ、その成果を実際の応用に応用することを目指します。バック氏によると、原子炉内に設置されるというこの装置のユニークな点は、すでに国際原子力機関（IAEA）などの主要機関から関心を集めています。
「原理的には、このような検出器は、原子炉の熱出力や燃料の経時的な変化をモニタリングするために使用できます」と彼は説明した。「私たちは今、その第一歩を踏み出しました…しかし、この技術が商業的に利用できるまでにはまだ数年、そして数歩の道のりが待ち受けています。」
さらに重要なのは、この新しい技術によって、標準模型に関する私たちの知識と矛盾する現象が明らかになる可能性があるとバック氏は述べた。もしそうなら、「これは、私たちの理解がまだ完全ではなく、新しい粒子やこれまで知られていない相互作用が作用していることを示すヒントになるかもしれない」と彼は述べた。
この結果を初めて目にしたとき、編集者と私は反ニュートリノの性質について少し議論しました。ニュートリノが一般的に「ゴースト粒子」と呼ばれているのであれば、反ニュートリノは…反ゴースト粒子ということになるのでしょうか？一体どういう意味でしょうか？
バック氏に意見を伺う必要があった。彼の答えはこうだった。「反ニュートリノはニュートリノと非常に似ているので、反ニュートリノは鏡に映ったニュートリノのようなものです。私は両者を同じカテゴリーに分類しています。物理学には、反ニュートリノとニュートリノのどちらか一方にのみ反応を許す保存則がありますが、どちらも同様に重要です。」
しかし、この分野で最もホットな話題の一つは、ニュートリノと反ニュートリノの間に根本的な違いがあるかどうかだ、と彼は付け加えた。物理学者がこの疑問に答えることができれば、反ニュートリノが鏡の中の幽霊なのか、それとも（可能性は低いが）全く別の何かなのかを確実に知ることができるかもしれない。
