ロシア、宇宙全体に影響を与える謎の「ゴースト」粒子を研究
ロシアの科学者は、自然界で最も神秘的な粒子の 1 つであるニュートリノを研究しています。この研究は、素粒子物理学の標準モデルやブラックホールの性質についてのより深い知識を彼らに与え、さらにはビッグバンに関する秘密のベールを解く可能性がある。
バイカル湖の深海ニュートリノ望遠鏡バイカル-GVDの助けを借りて行われたロシアの実験の最初の結果が、素粒子物理学の有力誌フィジカル・レビューD（PRD）に昨年2月に掲載された。
ロシアの科学者は、南極のアイスキューブニュートリノ観測所で以前に発見された天体物理学的性質のニュートリノ束の存在を確認した。
「これまで人類は、さまざまな形の電磁放射を研究することで宇宙に関するあらゆる知識を獲得してきました。これには、ラジオ、直接ガンマ線、通常の光が含まれます」とロシア科学アカデミー（RAS）の対応会員であるグリゴリー・ドモガツキーは説明した。高エネルギーニュートリノ天体物理学研究室長。
「過去10年間、私たちはマルチチャンネル天文学への移行を観察してきました。そのとき、さまざまな形式の天文学を使用して物体や現象を研究することが可能になりました。これにはニュートリノ放射の探索も含まれます。」
グリゴリー・ドモガツキー、ロシア科学アカデミー（RAS）特派員
©写真：オルガ・メルズリャコワ
ニュートリノとは何ですか?
ニュートリノは電子によく似た小さな素粒子ですが、電荷を持たず、質量が非常に小さいです。ニュートリノは宇宙で最も一般的な粒子ですが、他の粒子とあまり相互作用しないため、ニュートリノを検出することは信じられないほど困難です。それらは「ゴースト粒子」と呼ばれることもあります。
同時に、ニュートリノは世界で最も透過性の高い素粒子です。ニュートリノは、何の反応も引き起こさず、何の害も与えることなく、文字通りあらゆるものを通過することができます。実際、毎秒何兆ものニュートリノが人の体を通過しています。
1930 年に遡ると、量子物理学者ヴォルフガング パウリは、放射性ベータ崩壊の過程で見かけのエネルギーが損失する問題を解決しながら、「ニュートリノ」の存在を予測しました。
エネルギー保存の法則では、孤立系の総エネルギーは一定のままであるとされていますが、当時、ベータ崩壊はその原則に反しているように見えました。パウリは、電荷を持たず相互作用しない粒子の存在が謎を解き、保存則を再検証できる可能性があることを示唆しました。
1955 年、パウリの理論が確認されました。ロス アラモス国立研究所の物理学者クライド コーワンとフレデリック ライネスは、サウスカロライナ州サバンナ リバー サイトにある原子炉内のベータ崩壊からニュートリノを検出することに成功しました。
ニュートリノはすべての一部です
ニュートリノは他の粒子とほとんど相互作用しないように見えますが、宇宙のさまざまな元素にかなりの影響を与えています。
1975年、ドモガツキーと彼の同僚ドミトリー・ナデジンは「ニュートリノ元素合成」の概念を導入しました。
「私たちは、化学元素の起源におけるすべての同位体が説明できるわけではないという事実を中心とした問題を解決しようとしました」と科学者は述べた。 「元素合成の連鎖全体の外側にある『バイパス同位体』という概念があります。そして、軽い原子核の分野では非常に注目すべきものがあります。それがリチウム6です。それを作成するのは非常に困難です。ホウ素もあります。 10とフッ素-19は、その起源が私たちの理解を超えている同位体です。」
「リチウムは93パーセントのリチウム7で構成され、次にリチウム6が続きます」と彼は説明した。 「ニュートリノがなければ、これらの軽元素の化学組成はまったく異なるものになるでしょう。」
「私たちは、超新星によって放出される殻の化学組成に対するニュートリノの影響を調べました。この殻の組成に影響を与える強力なニュートリノの流れがあることが判明しました」とドモガツキー氏は語った。 「あなたと私が何でできているか知っていますか? ある種の超新星が爆発して、物質を宇宙に投げ捨てました。私たちは超新星爆発の結果です。」
ロシアのニュートリノ研究
プロジェクトに参加したロスアトム州立原子力エネルギー公社によると、2019年の時点でロシアではいわゆる「無菌ニュートリノ」を検出するための実験が3件行われている。
最初の実験である DANSS はカリーニン原子力発電所 (NPP) で行われています。同工場の原子炉 1 基はニュートリノ発生源として使用されています。ステーションの検出器は原子炉から来る反ニュートリノを記録します。
2番目の実験はニュートリノ4です。これはディミトロフグラードのRIARのSM-3研究炉で実施されている。 3番目のBESTは、カバルダ・バルカリアにあるロシア科学アカデミー核研究所のバクサンニュートリノ観測所で実施されている。
バイカルニュートリノ望遠鏡を使用した 4 番目のプロジェクトは、2021 年 3 月に開始されました。
「2つの段階があった」とドモガツキー氏は、世界で最も深い湖と考えられているバイカル湖でのニュートリノ実験についてコメントした。 「第 1 段階は 1980 年代から 1990 年代の終わりまでです。1990 年代以降は第 2 段階が始まり、共同核研究所が我々の研究にますます積極的に関与し始めました。現在、我々の関係は完全に対等、平等です」 。」
「概して、いくつかの印象的な科学的結果が現れ始めたのはつい最近のことである。最初の論文は評判の高い雑誌に掲載され始めており、これらの結果についての活発な議論も行われている。これまでのところ、少数の出来事が報告されている」登録されていますが、私たちは天体物理学的ニュートリノ、つまり地球の大気圏ではなく、地球の境界をはるかに超えて生まれたニュートリノの登録を行っています。」
この科学者は、彼と彼の同僚が長年にわたって外国人の仲間と協力してきたと述べた。
「私たちは国際アイスキューブ実験と並行して（ニュートリノ）研究を行っている」と同氏は語った。 「この実験が始まったとき、彼らの従業員のほとんどはアメリカ人とスウェーデン人でした。バイカル湖で私たちと一緒に働き、私たちと一緒に最初の経験を積んだドイツの物理学者のグループもそこに移りました。彼らは南極の氷の中に光電子増倍管を設置するというアイデアを使用しました」 。」
ニュートリノ望遠鏡バイカル-GVDのサイズを尋ねられたとき、ドモガツキー氏は次のように答えた。
「このようなシステムにおけるサイズの概念は、まったく恣意的です。科学的問題を解決するときに機能する『有効体積』の概念でさえ、完全に正確ではありません。それがどのような目的で使用されるかを正確に決定する必要があります。課題は、高エネルギーニュートリノからのカスケード現象を記録することですが、その後、0.5立方キロメートルを大幅に超えており、次の2、3回の遠征で1立方キロメートルに近づくでしょう。」
同科学者は、ロシアが現在ニュートリノ研究のスピードを上げていることを強調し、新たな突破口がすぐそこまで来ているとの期待を表明した。
「ニュートリノは機能し、非常に重要です。そして私たちの課題は、私たちの世界を理解し、その中で今よりもよく生きる方法を学ぶために、ニュートリノについてできる限り理解することです」とドモガツキー氏は結論づけた。
4月12日、日本時間19時05分
https://sputnikglobe.com/20240428/russia-studies-mysterious-ghost-particle-that-affects-whole-universe-1118163914.html
