捉えどころのないニュートリノ――電荷を持たない、質量がほぼゼロの粒子――は物理学者の創造力の限界を試すが、時には壮大な実験こそが答えとなることもある。そして、史上最大の検出器がついに、いわゆる「ゴースト粒子」の探索に加わった。
中国の江門地下ニュートリノ観測所（JUNO）は、10年にわたる建設を経て、8月26日に正式にデータの収集を開始した。この巨大な球形の検出器は地下約700メートル（2,300フィート）の深さに設置され、53キロメートル（33マイル）離れた2つの原子力発電所から反ニュートリノ信号を収集している。
この球体には、反ニュートリノが通過するたびに点滅する、なんと2万トンもの液体シンチレーターが収められています。検出器の周囲には、深さ44メートル（144フィート）の水槽があり、その中には管が並んでいます。これらの管がシンチレーターの閃光を捉え、科学者が分析できる信号に変換します。
ニュートリノの反物質である反ニュートリノは、ニュートリノと同じ質量を持つと考えられます。JUNOの科学者たちはこの特徴を利用して、物理学者が奇妙な量子力学的原理に従って作用すると理論づけているニュートリノの質量の性質をより深く理解したいと考えています。
ニュートリノは奇妙だ、それだけだ
証拠によれば、毎秒数兆個のニュートリノが私たちの体を通過しています。しかし、ニュートリノが何かと相互作用することは非常に稀であるため、その存在を確認するのは非常に困難です。念のため言っておきますが、私たちはこれまで何度も確認してきましたが、それは多大な時間と労力（そしておそらく多くの物理学者の涙）を伴ったものでした。
それでもまだ面倒なことに、ニュートリノには電子、ミューオン、タウという3つの異なるフレーバーがあります。ニュートリノは振動と呼ばれる過程を経て、異なるフレーバー間を移動します。また、ニュートリノには質量1、質量2、質量3という3つの質量が特定されています。
しかし、ここに落とし穴があります。物理学者たちは、どのフレーバーがどの質量数に対応するのか、もし対応しているのかどうかさえ、まだ分かっていません。量子力学の厄介でありながらも魅惑的な法則が、それぞれのニュートリノフレーバーが異なる質量状態の組み合わせであることを強く示唆しているからです。
物理学者たちは、ニュートリノの質量によっては、特定のフレーバーとして出現する確率がわずかに高いと考えているものの、決定的な答えはまだ見つかっていない。そして、ニュートリノの質量の順序に関するこの未解決の疑問こそが、JUNOの主要な目標の一つである。
未来は明るい、いや、輝いている
JUNOの公式打ち上げ前でさえ、この巨大な検出器は反ニュートリノ信号を事前に捕捉し、その主要な性能指標は「設計上の期待を満たしているか、それを上回っていた」とJUNOコラボレーションはリリースで発表した。
「ニュートリノ専用のこの規模と精度の検出器を初めて運用しています」と、JUNOの広報担当者である王一芳氏は発表の中で述べた。「JUNOは、物質と宇宙の本質に関する根本的な疑問に答えることを可能にしてくれるでしょう。」
将来的には、JUNOの極めて高い感度を活かして、ステライルニュートリノの検出や陽子崩壊の調査など、素粒子物理学における関連する問題の探究も可能となるでしょう。現在、JUNOは最長30年間の運用が計画されており、運用期間中または運用終了後に感度をさらに高めるためのアップグレードが実施される可能性があります。いずれにせよ、JUNOから驚異的な科学成果が間もなく得られることは間違いありません。
