今年（2015年）のノーベル物理学賞 「ニュートリノが質量を持つことを示す ニュートリノ振動の発見」 カナダ・クイーンズ大学のアーサー・

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1 今年（2015年）のノーベル物理学賞 「ニュートリノが質量を持つことを示す ニュートリノ振動の発見」 カナダ・クイーンズ大学のアーサー・
茨城東高物理特別講義 今年（2015年）のノーベル物理学賞 「ニュートリノが質量を持つことを示す ニュートリノ振動の発見」 カナダ・クイーンズ大学のアーサー・ マクドナルド名誉教授（７２） 日本・東京大学の梶田隆章教授(56) 日本人で２４人目のノーベル賞 アーサー・マグドナルド 梶田隆章

2 ノーベル賞は誰が作ったか？ スウェーデンの化学者のアルフレッド・ノーベルがダイナマイトの発明で巨額の富を得て1901年より作った。
アルフレッド・ノーベル（ ) ノーベルの遺言状：　『・・・私の財産の利子は、毎年、その前年に人類のために最大の貢献をした人たちに、賞の形で分配されるものとする。一部は、物理学の分野で最も重要な発見または発明をした人物に（物理学賞）、一部は、最も重要な化学上の・・・（化学賞）、一部は、生理学または医学の領域で・・・・（生理・医学賞）、一部は、文学の分野で・・・・（文学賞）、そして一部は、国家間の有効、軍隊の廃止または、削減、及び平和会議の開催や推進のために最善の仕事をした人に．・・・（平和賞）・・・。』

3 日本人のノーベル賞 1964(昭和39)年までただ一人（湯川秀樹）だった。現在24人 累積人数 24 大村智（医学・生理2015），梶田隆章（物理学2015） 22 赤崎勇、天野浩、中村修二（物理学2014） 20 山中伸弥（医学・生理学2012） 18 鈴木章、根岸英一（化学2010） 16 南部陽一郎、小林誠、益川敏英（物理学2008） 下村脩（化学2008） 14 小柴昌俊（物理学2002）、田中耕一（化学2002）、 12 野依良治（化学2000） 10 白川英樹（化学2000） 大江健三郎（文学1994） 8 利根川進（生理医学1987） 福井謙一(化学1981） 6 佐藤栄作（平和1974） 2年に1人 江崎玲於奈（物理学1973） 4 川端康成（文学1968） 2 10年に1人 朝永振一郎（物理学1965） 人 湯川秀樹(物理学1949) 1901 1949 1965 1987 2000 2015 49年間ゼロ 19年間ゼロ 西暦年

4 分野別のノーベル賞受賞者 分野 受賞者 受賞理由 物理学 (11) 湯川秀樹 中間子理論
分野　　　 　 受賞者　　　　　受賞理由　 物理学 (11)　湯川秀樹　　　　中間子理論 　　　　　　 朝永振一郎　　繰り込み理論　　　　　　　　　 江崎玲於奈　　トンネルダイオード 　　　　　　 小柴昌俊　　　超新星ニュートリノ 　　　　　　 南部陽一郎　　素粒子論 　　　　　　 益川敏英　　　クオークモデル 　　　　　　 小林誠　　　　クオークモデル　　　　　　　 赤崎勇　　　　青色ダイオード 　　　　　　 天野浩　　　　青色ダイオード　　　　　　　 中村修二　　　青色ダイオード　　　　　　　 梶田隆章　　　ニュートリノの質量 化学 (7)　　 福井謙一　　　量子化学 　　　　　　 野依良治　　　不斉体有機化学 　　　　　　 田中耕一　　　質量分析　　　　　　　　　　 鈴木章　　　　有機化学 　　　　　　 根岸英一　　　有機化学 　　　　　　 白川英樹　　　導電性高分子化学 　　　　　　 下村脩　　　　GFP（光る細胞） 生理・医学 (3) 利根川進　　　免疫学 　　　　　　 山中伸弥　　　IPS細胞 　　　　　　 大村智　　　　微生物有機化学 文学 (2)　　　 川端康成　　　美しい日本の私 　　　　　　 大江健三郎　　個人的な体験 平和 (1)　　　 佐藤栄作　　　非核三原則

5 ノーベル賞受賞者の出身大学と在籍研究機関
出身大学　　　受賞者　　　　　　在籍研究機関 京都大学　　　湯川秀樹　　　　　京都大学 　　　　　　　朝永振一郎　　　　東京教育大学 　　　　　　　利根川進　　　　　MIT 　　福井謙一　　　　　京都大学 　　　　　　　野依良治　　　　　名古屋大学 　　　　　　　赤崎勇　　　　　　名古屋大学 東京大学　　　川端康成　　　　　作家 　　　　　　　佐藤栄作　　　　　政治家 　　　　　　　小柴昌俊　　　　　東京大学 　　　　　　　江崎玲於奈　　　　IBM, 筑波大学 　　　　　大江健三郎　　　　作家 　　　　　　　南部陽一郎　　　　シカゴ大学 　　　　　　　根岸英一　　　　　パデユー大学 名古屋大学　　小林誠　　　　　　KEK 　　益川敏英　　　　　京都大学 　　　　　　　天野浩　　　　　　名古屋大学 東北大学　　　田中耕一　　　　　島津製作所 北海道大学　　鈴木章　　　　　　北海道大学 東京工業大学　白川英樹　　　　　筑波大学 長崎大学　　　下村脩　　　　　　ボストン大学 神戸大学　　　山中伸弥　　　　　京都大学 徳島大学　　　中村修二　　　　　カルフォルニ 　　　　　　　　　　　　　　　　ア大学 山梨大学　　　大村智　　　　　　北里大学 埼玉大学　　　梶田隆章　　　　　東京大学

6 ニュートリノは電気的に中性で，クオークや 電子の100万分の１以下の大きさ
物理基礎レベルの現代物理学 （教科書p p.143) ニュートリノって何だ？ー物質の構成要素 ニュートリノ H2O 水素H 水 酸素O 酸素O 小 大 エネルギー ニュートリノは電気的に中性で，クオークや 電子の100万分の１以下の大きさ

7 陽子や中性子はクオークからなる 中間子 t 中間子 クオークは６種類 （2008年ノーベル 物理学賞ー小林・ 益川）陽子は3個の
ニュートリノ 湯川秀樹が中間子を 理論的に予言(1949年 ノーベル物理学賞） 中間子は２個のクオ ークから 小林,益川 : クォークが 3種類(u, d, s)しか確認 されていなかった時代に 6 種類のクォークの存在 を予言 t （2008年ノーベル物理学賞）陽子・中性子は3個のクオークからなる

8 原子核の中で中性子nが陽子pに変わり電子eと ニュートリノが出来る n -> p + e + 
ニュートリノはどうしてできるか？ パウリ・フェルミの理論 原子核の中で中性子nが陽子pに変わり電子eと ニュートリノが出来る n -> p + e +  パウリ（オーストリア）パウリは1930年ニュートリノを予言した フェルミ（イタリア）フェ ルミは1933年ニュートリノの 理論を作った

9 Enegyのみを持ち去る微小粒子ニュート
リノ（中性微子） 年パウリはb崩壊でエネルギーと 角運動量保存則を成り立たせる為に スピンで，中性で質量が非常に小さ い未知の粒子が放出されているとし た。

10 ニュートリノはどこにあるか 太陽 大気 原子力発電所や加速器（素粒子 を加速する機械）の反応でもで きる
星の中でできる：太陽からも毎秒数百兆個のニュートリ ノが放出されて私たちの身体を通り抜けている P　：水素 　ヘリウム e*　: 電子e：ニュートリノ 大気で宇宙線＊が核反応を起して 出来る ＊宇宙船ではない。宇宙線とは宇宙 空間を飛び回る素粒子（陽子、中 性子電子）の群れ 原子力発電所や加速器（素粒子 を加速する機械）の反応でもで きる 太陽 大気

11 2002年のノーベル物理学賞は小柴昌俊博士 1987年超新星爆発により発生したニュートリ ノをカミオカンデ＊で観測した ＊カミオカンデ：
岐阜県飛騨市 神岡鉱山地下1000 mに ある東京大学宇宙線 研究所の実験装置 小柴博士 ニュートリノ 純水　3000トン 光増幅管 1000 本 超新星爆発想像図 カミオカンデ

12 光増幅器 11146本 （浜松フ ォトニク ス製） ニュートリノ 水50000トン 水3000トン
ニュートリノが水の原子核と衝突して電子が発生して水中を通過する時に発する光を増幅する 　ー＞　ニュートリノの検出 光増幅器 11146本 （浜松フ ォトニク ス製） 光（チェレンコフ光） ニュートリノ アップクオーク ダウンクオーク 電子 水50000トン 水3000トン

13 光増幅管 電子 光 光はX線と線 p +  -> n + e+ e++ e- -> ray
電流 光はX線と線 p +  -> n + e+  :　ニュートリノ e++ e- -> ray 　（対消滅） e-はタンク中の水 の中の電子 n + Cd -> X ray

14 起こって、明るい星が出現した。これは超新星と呼 ばれるもので、巨大な星が、短い間にものすごい 星のエネルギーを放出して死んでいく現象である。
1987年2月に、大マゼラン星雲の中に突然爆発が 起こって、明るい星が出現した。これは超新星と呼 ばれるもので、巨大な星が、短い間にものすごい 星のエネルギーを放出して死んでいく現象である。 この時大量のニュートリノが放出された。 １６万光年 かなたのマ ゼラン星雲 （かじき座からテーブ ルさん座にかけて位置 する銀河、日本からは 見ることができない南天 の星座） マゼラン星雲の超新星爆発(1987年）

15 パウリ・フェルミがニュートリノを導入して から現在までの理論では，ニュートリノはエ ネルギーは持っているが，その質量はゼロと 見なされて来た
カミオカンデをさらに大きくしたスーパーカミ オカンデの実験でニュートリノが観測された 純水 50000トン 光増幅管 11146本 スーパーカミオカンデ

16 ニュートリノは光の速さで移動できないことがわかれば、質量が有ることになる。
特殊相対性理論では、光速に近くなれば他のも のよりも時間の進み方がゆっくりになる。そして、 完全に光速になると時間を感じなくなる。ニュート リノが光速で運動して、時間を感じないのであれば、ニュートリノ振動が起こることがおかしいことになる。なにも変化が起きなければ時間の経過を知る術はないからである。　ニュートリノが時間を感じていなければミューニュートリノからタウニュートリノに変化することはない。従って、ニュートリノは光速よりも少し遅い速度で動いていることになる。

17 ニュートリノ振動の理論 素粒子の標準模型では，ニュートリノは３種類（νe，νμ，ντ）あり，それらの質量はゼロと記述／仮定されている。しかし最近の研究により，ニュートリノが飛行中に別の種類のニュートリノに変化する，「ニュートリノ振動」と呼ばれる現象を起こしている事が観測された。この事はニュートリノが質量を持っていなければ起こりえない現象である事から，ニュートリノがゼロでない質量を持つ事を間接的に証明した事と言える。従って，標準模型における一つの「ほころび」を見つけた事を意味していて，このニュートリノ振動現象を明確に理解することが，次世代の理論構築につながる事を物語っている。このニュートリノ振動現象は，その大きさを表す振動角と呼ばれるθ12，θ23とθ13の三つのパラメータ（この振動角は，ニュートリノ振動の観測によってはじめて値がえられます。）を含んだMNS（牧，中川，坂田,1962）行列と言う理論式で記述されている。ちなみに，クォークの場合は同様に，小林・益川のノーベル賞受賞で知ら れたCKM（キャビボ，小林，益川）行列 で記述されている。従って，このニュート リノ振動を理解するためには，実験によっ てこれらの振動角を測定し，MNS行列を完 成させる必要がある。 東京文理大 卒、朝永振 一郎の高弟 名古屋大卒 坂田昌一 の高弟 　京都大卒、弟子 が小林・益川。没年は小林がD2の時

18 ニュートリノ振動 ニュートリノは3種類ある 電子ニュートリノ ミューニュートリノ タウニュートリノ ３種類のニュートリノ ３種類のニュートリノは時間がたつと互い に変化して，姿を変える！！

19 カンデ研究グループが大気ニュートリノの測定 からニュートリノ振動を観測
1998年戸塚洋二、梶田隆章らのスーパーカミオ カンデ研究グループが大気ニュートリノの測定 からニュートリノ振動を観測 1965年　東京大学理学部 を卒業後、大学院を経て 1988年東京大学宇宙線研 究所教授1997年からは東 京大学宇宙線研究所長に 就任 1998年にスーパーカミオ カンデでニュートリノ振 動を確認し、世界で初め てニュートリノに質量が あることを発表、物理学 界の常識をひっくり返す ほどの発見だった。 2008年7月10日　大腸が んにて66歳で逝去 自然科学系のノーベル賞は、受賞者は三人までで、亡くなった人は対象外だ。今年の物理学賞の受賞者は二人。ノーベル賞委員会が戸塚さんのために席を一つ、空けてくれた気がしてならない(2015.1２.２東京新聞）。

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22 スーパーカミカンデで大気からのニュートリノ 振動を観測(戸塚洋二，梶田隆章による1998年）
 地表の反対側から到来する ニュートリノ，飛行距離が 長いので，振動していれば 強さは違うはずである 観測結果（左図）は右図のように振動していた

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24 まとめ 10-24 me=9.1 x 10-31 kg 2 eV(3.4 x 10-36 kg) 電子ニュートリノ
(電子、クオークの10万分の4） 2 eV(3.4 x kg)

25 ニュートリノ振動の新しい理論 シーソー模型 柳田勉東大素粒子論教授 静岡大学理学部化学科卒 広島大学物理学学科博士課 程卒
第１回湯川記念賞受賞 （東北大学助教授時代） 柳田教授 重いクォークであるトップクォークと比べると、ニュートリノの質量は 1/ 。これは、人間の体重と細胞1個の重さの比くらい 。東北大学の柳田勉(現、東京大学教授)は1979年、通常のニュートリノの他に「右巻きニュートリノ」と いう未知の重いニュートリノの存在を仮定すると、ニュートリノの質量の軽さが説明出来るという。 この右巻きニュートリノの質量は、クォークのなかで最も重いトップクォーク質量の10の13乗倍の質量があり、これほどの質量を持つ素粒子は、宇宙が始まった直後まで遡らないと作ることができない。

26 柳田氏は、この右巻きニュートリノの崩壊時 に生じるCP非対称性によって宇宙のレプトン 数非対称性が生成され、これが電弱相転移時
1998年6月5日には、岐阜県 高山市で開かれた国際会議で、さらにデータを補 強し「ニュートリノに質量がある」とする最終報 告を発表した。このニュースは世界を驚かせた。 アメリカのクリントン大統領（当時）は同日、マ サチューセッツ工科大の卒業式で述べた式辞で「 発見は日本でなされた」と強調、「素粒子や宇宙 の基本的な理論に変更を迫るかもしれない」「こ の種の発見は実験室の中だけで意味を持つのでは ない。われわれの生命観をも含む、社会全体に影 響するものだ」と称賛した。 小沼通二はニュートリノに質量があるとすると ニュートリノが重力で集まってニュートリノ星 も可能になると述べている(1980.7科学朝日）。 柳田氏は、この右巻きニュートリノの崩壊時 に生じるCP非対称性によって宇宙のレプトン 数非対称性が生成され、これが電弱相転移時 にゲージ場-ヒグス場の働きを通じてバリオン 数の非対称性に転化されるという模型を提案 した。

27 小林・益川理論とニュートリノ・反ニュートリノの対称性の破れ
粒子と反粒子はぶつかれば消滅してエネルギ ーとなってしまう（対消滅）。そのため、現在の 宇宙が粒子だけで（物質だけで）構成されるた めには、高温の宇宙初期において粒子と反粒 子の数に差がなくてはならず、「ＣＰ対称性の 破れ」が起きていた。 　物質・反物質の比は2/109である。これを小林・益川理論はちゃんとは説明出来ないが、柳田・福来の理論ではニュートリノ・反ニュートリノの対称性の破れに着目して、説明出来る可能性が有る。T2K実験はこの解明を目指している。 　ニュートリノは物質の起源だけではなく宇宙の起源についても鍵を握っている。 From europhys-news, 46 (2015) 06