京大サークル CARP(原理研究会)
京大公認サークルであるカープ(原理研究会)の公式ブログです。私たちは統一原理という理念を掲げて、周囲に希望を与えます!
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世界的権威に学ぶ②
皆さん、お元気様です!!

教授でごぜいます。



2016年になりましたね。

時が経つのは早いなぁ(*´∀`*)ノ。+゚ *。




っていつも言ってる気がするなぁ。。。





来年も言ってる気がするなぁ。。。








コラッ!!(メ`ロ´)/゚ ・*:.。. .。.:*・( ´∀`)逃げろ~~








。。。。。。。











。。。。いや、違うんです。





黄昏れてみたところで終わろうなんて思っていたわけではないんです。







ちゃ、ちゃんと書きますからぁぁ!! (;´Д`) うぅっ。。




(これじゃぁ何だか書きたくないのに書いてるみたいじゃないか。
そんなことはないですからね。安心してください。喜んで書いてます。)








前回も取り上げたんですが、今年度の日本人ノーベル賞受賞者について共有した
”世界的権威に学ぶ”という記事の続きになります。


今回は、ノーベル物理学賞を受賞された梶田隆章先生について、
またせっかく私、物理が専門なので、物理の内容についても少しお話しさせてもらおうと思います!!







梶田 隆章(かじた たかあき)


kajita_a.jpg
東大理学部HPより

日本の物理学者、天文学者。
東京大学宇宙線研究所長・教授、兼同研究所附属宇宙ニュートリノ観測情報融合センター長、
カブリ数物連携宇宙研究機構主任研究員、東京理科大学理工学部物理学科非常勤講師。
ニュートリノ振動の発見により、2015年にアーサー・B・マクドナルドと共にノーベル物理学賞を受賞した。
wikipediaより




<受賞理由>


「For the discovery of neutrino oscillations,
        which shows that neutrinos have mass」






直訳すると、「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」となるでしょうか。





これだけじゃ何のことかわからないので、順を追って説明しますね。(*´∀`*)ノ。+゚ *。





梶田先生がなされたことを一言で言うならば、

「宇宙から地表に降ってくるニュートリノの数と、地球の裏側からくるニュートリノの数が違うことを発見した」

ということです。 【黒板】\_( ゚ロ゚)ここ重要。メモょ!!メモ! !







ニュートリノは「見えない粒子」とも呼ばれ、素粒子の一つと考えられています。

ここで「見えない」と言っているのは、目に見えないのもそうなんですが、”ほとんど物質と反応しない”という意味です。

地球くらいの物質量であれば容易に貫通してしまうので、観測がとても難しいのです。(@_@;)







素粒子の理論を記述する標準模型によると、現代物理における素粒子の描像は以下の図の通りです。

elementary-08.jpg

http://higgstan.com/wp/wp-content/uploads/2012/08/elementary-08.jpg より引用



この図でクォークとレプトンがそれぞれ六種類づつありますね。

この分類を”フレーバー(flavor:香り)”による分類と言います。☆・゚:*(*´∀`*)ゞ*:゚・☆オシャレデショ

そして上から二番目のコラムにⅠ、Ⅱ、Ⅲとありますが、この分類を"世代"による分類と言います。





ちなみに、第3世代のクオーク(トップクォーク、ボトムクォーク)がまだ発見されていない時に

その存在を理論に組み込むことで、未だわかっていなかった現象の説明に挑戦し、

後に予想した領域にその粒子が発見されたことで2008年にノーベル賞を受賞されたのが、南部・小林・益川の三人ですね。




そして2013年には物質が質量を持つ起源になるとされるヒッグス粒子発見のニュースが世間を騒がし、これまたノーベル賞となりました。





そして2002年には小柴昌俊さんが、昨年には梶田さんがニュートリノでもノーベル賞ですから、

フロンティア開拓とも言える素粒子物理業界はノーベル賞を量産されていくような分野なんですね。
すごいなぁ(ノ´▽`)ノオオオオッ♪







っと、少し話が逸れましたが、
ニュートリノには上図の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の三種類があるわけです。






正直そんなん知らんわって感じだと思いますが、実は彼らは今この瞬間も私たちの周囲をビュンビュン飛び回っています。





「宇宙線」というものを聞いたことはありませんか?

宇宙”船”じゃないですよ。宇宙”線”。(´。` ) =3





実は宇宙空間では、宇宙のどこかで加速された原子核などの粒子が飛び回っていて、

ごく稀に、地球に入っていくものがいます。

”ごく稀に”と言ってもこれは宇宙空間というスケールでみたらごく稀なのであって、

実際には地球に毎秒何億、何兆という量の宇宙線が降り注いでいるのです。





特にエネルギーの高い宇宙線は、地球の地磁気によるシールドを超えて大気圏に突入、

大気を構成する分子に含まれる原子核と核反応を起こして大気シャワーとなって地上に降り注ぎます。

Protonshower.jpg

https://ja.wikipedia.org/wiki/空気シャワー#/media/File:Protonshower.jpgより引用



上の図は光速の99%以上という高いエネルギーを持つ一つの陽子が起こす大気シャワーを

シミュレーションによって再現したものですが、

最初の宇宙線が核反応を起こして複数の粒子を作り、その生成された粒子が次の粒子を。。。と

ねずみ算式に粒子の数が増えてシャワーのようになるので、シャワーとか言われています。




こんなことが地球上のいたるところで起きているわけです。





私たちの体は、実は常時、宇宙線に撃ち抜かれているんですねぇ (*´ω`)σ

例えばですが、広げた手のひらくらいの面積にざっくり毎秒一つのミュー粒子が降ってくると言われます。







この大気シャワーが作られる中で起きる反応の中に、ニュートリノが生成される反応があるのです。

このように、宇宙線が大気との核反応を起こすことで生じるニュートリノを大気ニュートリノと呼んだりします。



特に、大気ニュートリノ生成の経路や作られる割合というものは確率で決まっていて、

電子ニュートリノ:   ミューニュートリノ=1:2

となることが知られています。

neu04.jpg

http://higgstan.com/2015/10/06/617より引用。



(あれ、引っ張ってきた絵は1:2になってないな。気にしない、気にしない。(゚ー゚;Aアセアセ)




当然、地球という星が浮かんでいる宇宙空間は全方角に対して等方的ですから、

長い目で見れば、地球に降り注ぐ宇宙線の総量や種類は(地磁気の影響の少ない極地域を除いて)

どの地域で観測しても同じになるはずです。





つまり、宇宙線により生成される大気ニュートリノの生成量や比は、

地球のどこから飛んできたものを見ても等しくなるはずだ、と言えます。






ところが、地球の表側に降ってくるニュートリノの数と裏側から地球を貫通してくるニュートリノの数を数えてみると、

なぜか、  "ミューニュートリノの数だけが減少"していました。 (。-`ω-)ンーナゼダ??






この異変を説明する現象が「ニュートリノ振動」というわけです。







ん?

別にニュートリノが途中で変わったり、いなくなったりしたらダメなの?



と思ったそこのあなた。鋭いですね。 アンタは、すごいよぉ(*>д<)/(´ω`◎)ゞ







その疑問に対する答えですが、  ”別にダメというわけではない”です。




ただ、問題なのは  ”その現象をどのように現行の物理学によって説明できるのか?”ということ。




実は粒子の"振動"はニュートリノ振動が見つかる以前にすでに発見されていた現象でした。

しかしながら、その振動を特徴付けるパラメータの一つに、粒子の質量が入っていたのです。

上で挙げた標準模型では、ニュートリノの質量は0とされていました。





つまり、梶田さんの発見がニュートリノ振動によって説明されるとすると、

ニュートリノの質量を0とする標準模型を見直す必要が出てきます。






標準模型は先年のヒッグス粒子発見によって「一つの完成を見た理論」と言われています。

しかしながら、  標準模型だけでは説明しきれない現象があるのもまた事実なのです。




ニュートリノに対する規定を、その根本から覆す梶田さんの発見は、


新しい物理開拓の道標・未解明の現象を紐解く鍵になるかもしれない


というわけです。






結局のところ、後に太陽内部における核反応から生じる太陽ニュートリノの観測によって、

大気ニュートリノが消えたわけでもなく、振動現象を用いて梶田さんの観測結果が説明されることが証明されました。





この太陽ニュートリノ観測を成功させたのが、今回のもう一人の物理学賞受賞者である

アーサー・B・マクドナルド氏というわけです。








。。。。。。






概要を説明しただけで長文になってしまった。。。 …(´Д`驚)…!!



ここまで読んでくださった皆さんも、少しお疲れではないかと思うので、

続きはまた次回に延長しようかな、と思います。






とりあえず、

・そもそも地球を貫通しちゃうニュートリノってどうやって測るの?

・ニュートリノが”振動”するってどういうこと?

・梶田さん自身について


あたりについて次回は書いていこうと思いますので、興味をもしお持ちの方はお楽しみに!!




(と言いながら、再び延長ということになったらどうしようゞ(´Д`q汗)+・.)






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