51探花

【本学研究者情报】

〇ニュートリノ科学研究センター　教授　井上邦雄

【発表のポイント】

• ニュートリノ^注1振动実験により电気を帯びない素粒子ニュートリノに质量があることがわかっている。ニュートリノはフェルミ粒子の一种であるが、电子などと同じディラック粒子^注2とは违い、粒子?反粒子が同じ性质をもつマヨラナ型フェルミ粒子(マヨラナ粒子)^注3である可能性があり、その検証が最重要课题に挙げられている。
• ニュートリノがマヨラナ粒子である場合に起こる稀な崩壊 「ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊^注4」の探索を行い、崩壊の半减期に対して世界で最も厳しい制限を与えた。
• 同分野の竞合実験が完全探索を目标としている「マヨラナニュートリノ质量の逆阶层领域」を世界に先駆けて検証し始めており、本実験でのマヨラナニュートリノの発见が期待される。

【概要】

私たちの住んでいる宇宙が始まった直后は粒子と反粒子が同じ数だけ生成されたとされていますが、今の宇宙は粒子でできています。この谜を「物质优势宇宙の谜」といい、粒子?反粒子の区别がないマヨラナニュートリノは、その解明の手がかりであると考えられています。

东北大学ニュートリノ科学研究センターを中心に、东京大学カブリ数物连携宇宙研究机构などの研究机関から构成される国际共同実験グループのプロジェクト碍补尘尝础狈顿-窜别苍（カムランド禅）は、反ニュートリノ検出器「カムランド^注5」で観测したデータを分析し、マヨラナニュートリノが存在することで见える信号の崩壊半减期を90%の信頼度で2.3×10²⁶年以上と、これまでより2倍以上の精度で予测しました。この结果からマヨラナニュートリノの质量が、36-156ミリ电子ボルトより小さいことが分かりました。本成果では2019年の検出器大型化アップグレード以降初めて観测结果を公开しました。

研究グループは、同分野の実験コミュニティが将来の计画で完全探索を目标としている「逆阶层(约15-50ミリ电子ボルト)」での検証を世界に先駆けて始めています。この领域には、マヨラナニュートリノの存在を予言する理论の予测値が少なくとも３つあるなど、近い将来、本実験によりマヨラナニュートリノが発见されると期待されます。

本研究成果は2023年1月30日（米国東部時間）に米国物理学会が発行するPhysical Review Letters（電子版）に掲載されました。また、特に注目すべき成果として Editor's suggestion と American Physics Society の Featured in Physics (VIEWPOINT)にも選出されています。

図1 二重ベータ崩壊の説明 左側が、通常の二重ベータ崩壊で、右側がニュートリノを伴わない崩壊モードを示す。グラフの横軸は観測エネルギーを崩壊の全エネルギーで割ったもので縦軸は観測事象数。ニュートリノを伴わない崩壊モードでは、全エネルギーのところにピークが現れる(キセノン原子核の場合2.46 MeV)。半減期が短くマヨラナニュートリノ質量が大きいと、観測数が多くなる。実験では有意な信号は確認されておらず、実験結果から半減期とマヨラナニュートリノ質量に対して制限を与えている。

【用语解説】

注１　ニュートリノ
现在、これ以上细かく分けることができない粒子とされる素粒子の中の一种で、电荷を持たない素粒子。物质を构成するフェルミ粒子ではあるが、电子などとは违ってほとんど他の粒子と反応しないため、ゆうれい粒子などと呼ばれる。ニュートリノ振动によって非常に小さな质量があることがわかっているが、质量の大きさや顺番などは不明と、まだ谜も多い。

注２　ディラック粒子
英国の物理学者ポール?ディラックが1928年に提唱したディラック方程式で记述される粒子。物质を构成する素粒子の一つである电子などがこのディラック粒子に当たる。ディラック粒子は、粒子と同じ质量をもち、电荷などの性质が反対の反粒子を持つ。

注３　マヨラナ粒子
マヨラナ粒子は、イタリアの物理学者エットーレ?マヨラナが1937年に提唱したフェルミ粒子のもう一つの记述で、粒子自身がその反粒子となるという特别な性质を持つ。

注4　二重ベータ崩壊
一つの原子核の中で２つのベータ崩壊が同时に起こる现象。ベータ崩壊が制约される限られた原子核で起こる。崩壊の寿命が10の18乗から24乗年以上と非常に长い。电子２つと反电子ニュートリノ２つを放出する。ニュートリノがマヨラナ粒子であれば、电子２つだけを放出する特别な崩壊も许される。

注5　カムランド
岐阜県飛騨市神岡鉱山の山頂から地下1000 mのカミオカンデの跡地に建設された反ニュートリノ検出器。直径18 mの球形タンクの中に1キロトンの液体シンチレータが入っている。液体シンチレータは、ニュートリノなどの素粒子と反応して光る。1879本取りつけられた直径約50 cmもある電球のような形の光検出器(光電子増倍管)で、その光を検出する。

详细（プレスリリース本文）※2023年2月2日に订正版へ差替え

※以下のとおり订正いたしました。
?1ページ目【発表のポイント】
修正前：ニュートリノ^注1振动実験により电気を帯びない素粒子ニュートリノに质量があることを証明した。ニュートリノはフェルミ粒子の一种であるが、电子などと同じディラック粒子^注2とは违い、粒子?反粒子が同じ性质をもつマヨラナ型フェルミ粒子（マヨラナ粒子）^注3であると示唆した。
修正后：ニュートリノ^注1振动実験により电気を帯びない素粒子ニュートリノに质量があることがわかっている。ニュートリノはフェルミ粒子の一种であるが、电子などと同じディラック粒子^注2とは违い、粒子?反粒子が同じ性质をもつマヨラナ型フェルミ粒子(マヨラナ粒子)^注3である可能性があり、その検証が最重要课题に挙げられている。

问い合わせ先

（研究について）
东北大学ニュートリノ科学研究センター　
担当　井上邦雄、清水格
电话　022-795-6727,0578-85-0030
E-mail inoue*awa.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道について）
东北大学ニュートリノ科学研究センター　
担当 渡辺寛子
电话　022-795-6727
E-mail hiroko*awa.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）