ニュートリノ物理学の年表

一通の苦しまぎれの手紙の思いつきから精密測定まで、 95年である。 この一覧はニュートリノボルタイックの土台をなす節目をまとめ、 この分野が実際にはまだどれほど若いかを示している。 最初の予想から最初の検出までには26年、 コヒーレント散乱の予言からその測定までには43年が横たわっていた。

基礎、1930年から1956年まで

年節目
1930年ヴォルフガング・パウリ（Wolfgang Pauli）は、テュービンゲンの放射能会議に宛てた手紙のなかで「放射能をお持ちの淑女紳士の皆様へ」と呼びかけ、ベータ崩壊におけるエネルギー保存則を救うために、電荷を持たずほとんど相互作用しない粒子を要請した。
1934年エンリコ・フェルミ（Enrico Fermi）はベータ崩壊の最初の定量的な理論を示し、この粒子に neutrino、すなわち小さな中性のものという名を与えた。
1937年エットーレ・マヨラナ（Ettore Majorana）は、中性のフェルミ粒子が自分自身の反粒子でありうることを示した。この問いは今日まで未解決である。
1956年クライド・カワン（Clyde Cowan）とフレデリック・ライネス（Frederick Reines）が、Savannah River の原子炉で反ニュートリノを検出した。ライネスはこれによって1995年にノーベル賞を受けた。

発見の年月、1957年から1998年まで

年節目
1957年ブルーノ・ポンテコルボ（Bruno Pontecorvo）は、ニュートリノが互いに移り変わりうると提案した。振動という着想である。
1962年レーダーマン（Leon Lederman）、シュワルツ（Melvin Schwartz）、シュタインバーガー（Jack Steinberger）は Brookhaven で、ミューニュートリノが固有の粒子であることを示した。1988年にノーベル賞。
1968年レイモンド・デービス（Raymond Davis）は Homestake 鉱山で、期待される太陽ニュートリノのおよそ3分の1しか測定しなかった。太陽ニュートリノ問題の始まりである。
1974年D. Z. フリードマンがコヒーレント弾性ニュートリノ・原子核散乱を予言し、同時にその検出は困難になるだろうと書いた。彼の見立ては正しかった。
1987年超新星 SN 1987A が13秒のあいだに24件のニュートリノ事象をもたらした。可視光より3時間早い到来であった。
1989年CERN の LEP における測定が示したのは、軽いニュートリノがちょうど3種類しかないということであった。
1998年Super-Kamiokande が大気ニュートリノの振動を検出した。ニュートリノが質量をもつことを示す最初の確かな証拠である。

振動の年月、2001年から2015年まで

年節目
2001年Sudbury Neutrino Observatory が太陽ニュートリノ問題を解いた。ニュートリノは欠けていたのではなく、種類を変えていたのである。
2002年KamLAND が原子炉反ニュートリノでそれを裏づけ、解釈ではなく測定にした。
2010年南極の IceCube が運転を開始した。1立方キロメートルの氷を検出器とするものである。
2012年Daya Bay が第3の混合角 θ₁₃ を決定し、それによって CP 対称性の破れという問いへの扉を開いた。
2015年ノーベル物理学賞が梶田隆章とアーサー・B・マクドナルド（Arthur B. McDonald）に与えられた。これで公認となった。ニュートリノは質量をもち、運動量を運ぶ。

精密測定の年月、2015年以降

年節目
2015年Neutrino Deutschland GmbH は3月6日に最初の優先権を出願し、そこからのちに特許 WO2016142056A1が生まれる。
2016年9月15日に特許出願が公開された。グラフェンとシリコンの被膜を施した金属の箔である。
2017年COHERENT 共同研究がコヒーレント散乱を測定した — フリードマンの予言から43年後、6.7 σ で、14.6 キログラムの検出器によってである。
2020年P. M. ティバドと共同研究者は、自立したグラフェンがそれ自身の振動から測定可能な電流を生み出すことを実証した。Borexino は太陽の CNO ニュートリノを測定した。
2022年KATRIN は質量の上限を1電子ボルト以下に押し下げた。COHERENT は統計を大きく改善して測定を繰り返した。
2024年ホルガー・トルステン・シューバルト（Holger Thorsten Schubart）の基本方程式が公表された — コヒーレント散乱、ミューオン流束、さらに電磁的および熱的な寄与を、出力電力についての一つの式にまとめる枠組みである。
2025年KM3NeT が 220 PeV のニュートリノを観測した。これまでに測定されたなかで最もエネルギーの高いものである。IceCube のアップグレードは検出閾値を 5 GeV 以下に下げた。
2026年中国の JUNO が20,000 トンの液体シンチレーターで測定運転を開始する。

これから控えているもの

これらの項目は計画であって、 起きたことではない。

年計画
2027年Hyper-Kamiokande が最初のビームを受ける予定である。258,000 トンの水を検出器とする。
2030年DUNE が1,300 キロメートルの区間にわたって最初のニュートリノデータを供給する予定である。

年表が示すもの

通して読むと、 三つのことが浮かび上がる。

間隔が縮まっている。 パウリからカワンとライネスまでは26年、 フリードマンから COHERENT までは43年が過ぎた。 COHERENT と二つ目の原子核物質での測定とのあいだは4年であった。 この分野は勢いを増したのである。

ニュートリノボルタイックの三つの支点は互いに近接している。 2015年に質量の検出、 2017年に運動量移行の検出、 2020年にグラフェンの振動からの電流の検出。 三つとも5年のうちに収まっており、 この構想の前提がそろったのはごく最近のことである。

予言と測定は数十年へだたっていることが多い。 それはこの分野では普通のことであり、 反論にはならない。 パウリは26年、 フリードマンは43年、 ポンテコルボは41年待った。 ニュートリノを測ろうとする者には、 忍耐とますます優れた検出器が要る。

関連する項目

出典

  • スウェーデン王立科学アカデミー: Scientific Background — Neutrino Oscillations（2015年）。
  • D. Z. Freedman: Physical Review D 9, 1389 (1974).
  • D. Akimov ほか（COHERENT）: Science 357, 1123–1126 (2017); Physical Review Letters 129, 081801 (2022).
  • P. M. Thibado ほか: Physical Review E 102, 042101 (2020).
  • KM3NeT 共同研究グループ: Nature 638 (2025).
  • WIPO: WO 2016/142056 A1、2016年9月15日公開。
  • neutrino-research.com, Timeline of neutrino physics、2026年9月3日閲覧 — 2024年の項目の日付づけの根拠。