南極の氷の奥深くに埋もれたアイスキューブ・ニュートリノ観測所のデータに取り組んでいる研究者たちは、宇宙からやってくる素粒子の一種であるタウニュートリノを発見した可能性があると考えている。9.7年間の観測データ中に7つの候補信号が出現し、これらの小さな粒子がいかに捉えにくいかを証明している。
観測所によると、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。ニュートリノは私たちが知る限り質量を持つ最も軽い粒子であり、より小さな物理的な構成要素で構成されていないという意味で基本粒子です。共同研究による研究成果はPhysical Review Letters誌に掲載される予定で、現在プレプリントサーバーarXivで公開されています。
「データ中に7つのタウニュートリノ候補事象が検出され、さらに背景ニュートリノの量が極めて少ないことが予想されることから、背景ニュートリノが共謀して7つのタウニュートリノ偽物を生成する可能性は極めて低いと言える」と、ペンシルベニア州立大学の物理学者で本研究の筆頭著者の一人であるダグ・コーエン氏はアイスキューブのリリースで述べた。「天体物理学的タウニュートリノの発見は、アイスキューブが以前に発見した拡散天体物理学的ニュートリノフラックスの強力な裏付けにもなる。」
分かりますよ。「拡散天体ニュートリノフラックス」って一体何ですか？これは、天の川銀河という比較的小さな宇宙空間をはるかに超えた、宇宙の奥深くからやってくる高密度のニュートリノの流れのことです。この流れは主に電子ニュートリノとタウニュートリノ、そしてごくわずかな割合のミューオンニュートリノで構成されています。
宇宙の奥深くからやってくる粒子は様々な形や大きさがありますが、そのほとんどは非常に小さいです。ニュートリノは直接観測されており、その功績は大きいです。一方、仮説上のアクシオンのような粒子は未だに謎に包まれており、もし存在が証明されれば、宇宙の暗黒物質の少なくとも一部を構成する可能性があると考えられています。
IceCubeは、5,000台以上の光感度デバイスを長いケーブルで連結したもので、ニュートリノが南極の氷中の分子と相互作用する際に発生する稀な青色光の閃光を検出する。コーエン氏によると、背景ノイズがタウニュートリノ信号を偶然検出する確率は350万分の1未満だという。研究チームは、今回の新たな発見は「[5シグマ]レベルでの天体物理学的[タウニュートリノ]の不在を排除する」と報告している。つまり、タウニュートリノは極めて稀であると言えるが、実際には存在する。
フェルミ国立加速器研究所は、サウスダコタ州リードの地下1マイル（約1.6キロメートル）に独自のニュートリノ検出器を建設中です。これらの検出器は、総称して「深部地下ニュートリノ実験」（DUNE）と呼ばれ、地表から約1マイル（約1.6キロメートル）下に位置し、最初の検出器は2029年に稼働開始予定です。
IceCubeは10年以上も南極の地下で活動を続けてきたため、DUNEはそれに追いつく必要がある。しかし、ニュートリノ検出実験は2つある方が1つより優れている。新たな10年、新たな発見が生まれることを期待したい。
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