スーパーカミオカンデ、ニュートリノ、 そして宇宙 （一研究者の軌跡） スーパーカミオカンデ、ニュートリノ、 そして宇宙 （一研究者の軌跡） 平成１２年４月１８日＠科学技術週間 東京大学宇宙線研究所 戸塚洋二 １９８３年　　　カミオカンデによる陽子崩壊探索開始 　 大気ニュートリノ研究開始 １９８７年 太陽ニュートリノ研究開始 超新星ニュートリノの観測成功 １９９１年 スーパーカミオカンデ建設開始 １９９６年　　　スーパーカミオカンデ観測開始 １９９８年　　　ニュートリノ有限質量の発見（大気ニュートリノ観測） １９９９年　　　つくば－神岡間ニュートリノ振動実験開始 　　　　年　　　宇宙線望遠鏡（将来計画） 　　　　年　　　重力波望遠鏡（将来計画）

e+ π0 p カミオカンデによる陽子崩壊探索実験 p → e＋＋π0 → γ… ν ＋ Ｋ＋ → γ,ν,… 　　ν ＋ Ｋ＋ → γ,ν,… 崩壊産物のe+やガンマ線を観測する

小柴先生（本年Wolf賞） F.Reines　（１９９５年Nobel賞）

カミオカンデ 動作原理 カミオカンデ装置 光電子増倍管 陽子崩壊観測されず！ 装置は低エネルギー電子に高い感度あり 太陽ニュートリノが観測できる？？ νｅ + e → νｅ ＋ e

超新星SN1987A

超新星とは 星の最後の大爆発 １０－１００年に一度天の川銀河で起きる 半径１０００ｋｍの鉄球が崩落し半径１０ｋｍの中性子星になる過程（Ⅱ型） 星の半径は１０００万～１億ｋｍ 放出される位置エネルギー＝３×１０５３erg （４６億年分の太陽エネルギーのさらに５００倍） ９９％はニュートリノが持ち出し、１％が星の破壊に使われる ニュートリノの放出時間は１０秒程度 １０－１００年に一度天の川銀河で起きる

データ（Ⅰ）

データ（Ⅱ）

ニュートリノの観測結果 全放出エネルギー＝2.5±1.2 ×1053 erg 原始中性子星の表面温度 ＝5.2±1.2 ×1010 度 原始中性子星の表面温度 　　　　　　　　　　　　＝5.2±1.2 ×1010 度 原始中性子星の半径 　　　　　　　　　　　　＝23±20 km 放出時間　　　　　　＝4.2±2 秒 太陽・大気ニュートリノの研究

スーパーカミオカンデ （１９９６年４月完成）

国際共同研究 日本人研究者約７０名、外国人約５０名

特徴 純水量＝５００００トン 光電子増倍管の改良（時間、電荷特性） 光電子増倍管取り付け密度＝２本/m2 高度な電子計算機システム 有効体積＝２２５００トン （カミオカンデ有効体積：６８０－１０００トン） 光電子増倍管の改良（時間、電荷特性） 光電子増倍管取り付け密度＝２本/m2 総数＝１１２００本 高度な電子計算機システム 純水製造装置（溶存ラドンガスの除去）

研究目的 太陽ニュートリノ 大気ニュートリノ 陽子崩壊 ニュートリノ振動実験（追加）

太陽ニュートリノの精密観測

大気ニュートリノとは（Ⅰ） p, He 大気 μ± νμ π± Super-K e± νe 地球 νμ：νe＝２：１

大気ニュートリノとは（Ⅱ） θ フラックスの上下 対称性 地球

イベントディスプレー

低エネルギー 高エネルギー 電子 ミューオン

ニュートリノ振動

結果の意味すること（素粒子） ニュートリノに質量があること m(ντ) = 0.1 – 10 eV（電子ボルト） （観測はτ型とμ型ニュートリノの質量差を示すのみ） = m(陽子)÷( １億～１００億) なぜこんなに小さいか 新しい理論（大統一理論）の存在 ～～

結果の意味すること（宇宙） 宇宙の質量密度が臨界値を超えると宇宙は将来収縮に転じてつぶれる 宇宙の密度が臨界値以下だと宇宙は膨張し続ける 宇宙にある陽子とニュートリノ ニュートリノ質量は宇宙の未来に大きな影響を及ぼす？

つくばー神岡間ニュートリノ振動実験 観測結果より飛行距離数１００ｋｍから振動の効果が現れる

つくば 近接装置 ニュートリノ生成場所 ターゲット 陽子ビームライン 陽子加速器 陽子 １０００トン装置内部

μニュートリノは減ったか 昨年４月から実験開始 使用陽子総数 ＝7.2×1018個 神岡での期待数 ＝12.3±1.8個 観測数 ＝３個！ 使用陽子総数 ＝7.2×1018個 神岡での期待数 ＝12.3±1.8個 観測数 ＝３個！ ６月に結果発表

新たな挑戦

新たな謎（最高エネルギー宇宙線）

最高エネルギー宇宙線の到来方向

解明すべき謎 最高エネルギー宇宙線の源 どんな天体か？ 宇宙初期の遺物か？ ニュートリノ？ ガンマ線？ ？？？？？

宇宙線望遠(TA)

ユタ州に設置 有効面積は日本国土の６分の１

さらなるチャレンジ 重力波 時空場のひずみの伝播 超新星や中性子星の合体、ビッグバンがその源 ニュートリノと同時観測 電波は電磁場のひずみの伝播 超新星や中性子星の合体、ビッグバンがその源 ニュートリノと同時観測

極低温鏡レーザー干渉計計画（LCGT)

性能 地球の公転軌道が水素原子の直径の約１％くらい変化した

おわり ご清聴ありがとうございました 戸塚洋二

カミオカンデの動作原理 θ 超音速 → ソニックブーム 超光速 → チェレンコフ光 （水中の光速 = c/n = c/1.33） e

カミオカンデ装置

光電子増倍 ２０インチＰＭＴ

ニュートリノの種類 u c t d s b νe νμ ντ e μ τ 対応する反粒子が存在する 電荷 第１世代 第２世代 第３世代 クォーク 2/3 u c t -1/3 d s b レプトン νe νμ ντ -1 e μ τ 対応する反粒子が存在する

宇宙の中の陽子とニュートリノ 臨界質量密度≒５０００ eV/cm3 数密度 (cm3あたり) 質量 (eV) 質量密度 (eV/cm3) 0.0000001 1000000000 100 ニュートリノ (１種類あたり) 0.1 ～10 10 ～3000 臨界質量密度≒５０００ eV/cm3