2015年ノーベル物理学賞

2015年10月6日、 スウェーデン王立科学アカデミーは、 ノーベル物理学賞を梶田隆章（Takaaki Kajita）とアーサー・B・マクドナルド（Arthur B. McDonald）に等分して与えると発表した。 授賞理由は「ニュートリノ振動の発見、 すなわちニュートリノが質量をもつことを示したこと」である。

これは、 授賞理由そのものがすでに物語のすべてを語っている顕彰の一つである。 二つの大陸の二つのチームが互いに独立に同じことを示し、 そして彼らが示したものが一冊の教科書を書き改めた。

二つの実験

Super-Kamiokande は、 日本の飛騨にある亜鉛鉱山の地下1,000 メートルにある。 50,000 トンのきわめて純度の高い水をたたえたタンクであり、 その内側は11,000本を超える光電子増倍管で覆われている。 それらは、 ニュートリノが例外的に原子核と相互作用したときに生じる弱い光の閃きを記録する。 梶田のグループは1998年、 上から来たニュートリノと、 地球全体を通り抜けてきたニュートリノとを比べた。 遠くから来たものは欠けていた。 しかもそれは、 振動が予言するとおりの形であった。

Sudbury Neutrino Observatory は、 オンタリオ州のニッケル鉱山の地下2,100 メートルで稼働していた。 その工夫は充填物にあった。 カナダの原子炉の備蓄から借りた重水である。 これによってマクドナルドのチームは二つのことを同時に測定できた。 電子ニュートリノだけと、 三つの種類すべてを合わせたものである。 2001年の結果は明白であった。 太陽から来る電子ニュートリノは欠けていたが、 総数は完全に合っていた。 欠けていたものは消えたのではなく、 姿を変えていたのである。

発見がこれほど重かった理由

素粒子物理学の標準模型は、 ニュートリノを質量のないものとして扱っていた。 それは数十年にわたって事実上あらゆる予言に耐えてきた。 しかし振動は、 ニュートリノが質量をもつ場合にのみ可能である。 したがって模型は拡張されなければならなかった。

これによってこの発見は、 ここ数十年のうちで予言を裏づけたのではなく欠落を示した数少ないものの一つとなった。 今日に至るまで、 標準模型を越える物理への最も重要な道標の一つである。

ニュートリノボルタイックにとっての意味

ニュートリノの流れからエネルギーを得ようとするあらゆる技術にとって、 2015年は土台の年である。 質量のない粒子は光速で動き、 減速させることができない。 質量をもつ粒子は運動量を運び、 運動量を渡すことができる。 それによって初めて、 変換という問いがそもそも物理の問いになる。

Neutrino® Energy Groupはそれゆえ、 2015年の受賞を自らの取り組みの三つの支点のうち第一のものとして挙げている。 他の二つは、 2017年の COHERENT によるコヒーレント散乱の測定と、 2020年のティバドによるグラフェンの振動からの電流の検出である。

受賞者

梶田隆章は1959年に東松山で生まれ、 受賞の時点では東京大学宇宙線研究所の所長であった。

アーサー・ブルース・マクドナルドは1943年にノバスコシア州シドニーで生まれ、 オンタリオ州キングストンのクイーンズ大学の名誉教授であり、 長年にわたって SNO 共同研究グループを率いていた。

二人はいずれもノーベル講演で共同研究グループの働きを強調した。 Super-Kamiokande と SNO には、 それぞれ数百名の研究者が加わっていたのである。

関連する項目

• ニュートリノ振動 — 顕彰された現象
• コヒーレント弾性ニュートリノ・原子核散乱 — 第二の支点、2017年に測定
• グラフェン — 第三の支点の材料
• ニュートリノボルタイック — この三つの成果の上に築かれる構想

出典

• スウェーデン王立科学アカデミー: 2015年ノーベル物理学賞に関する報道発表、 2015年10月6日、および Scientific Background: Neutrino Oscillations。
• Y. Fukuda ほか（Super-Kamiokande）: Physical Review Letters 81, 1562 (1998).
• Q. R. Ahmad ほか（SNO）: Physical Review Letters 89, 011301 (2002).