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素粒子「ニュートリノ」は電子の600万倍軽い!新研究により質量の上限を設定

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本記事は、Neutrinos Are 6 Million Times Lighter Than Electrons | New Study
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分10秒

・最も軽いニュートリノの可能な最大質量は1.5×10のマイナス37乗キログラムである。
・ニュートリノの質量を決定することは、科学者が宇宙の加速度を正確に測定するのに役立つ。

 

ニュートリノ【イタリア語で「電気を帯びていない+小さい」という意味、素粒子のひとつ】の質量は非常に小さいため、長い間ゼロであると考えられていました。ニュートリノに質量があるという概念は1998年に発見されています。この発見により、アーサー・B・マクドナルドと梶田隆章の2人の物理学者が2015年のノーベル物理学賞を受賞しました。

 

ニュートリノと、ニュートリノが質量を得るメカニズムを理解することは、宇宙がなぜ膨張しているのか、宇宙を支えているものは何なのか、ダークマター【暗黒物質:天文学的現象を説明するために考えだされた仮説上の物質】を構成しているものは何なのかといった、宇宙の長年の謎を科学者たちが解明する助けとなるはずです。

 

太陽ニュートリノ【太陽の中心部でおこっている核融合反応によって発生するニュートリノ】は、夜間でも毎秒数十億個が私たちの身体を通り抜けています。太陽の方向に垂直な1平方センチメートルあたり約650億個のニュートリノが通過しているのです。

 

ニュートリノには3つの種類が知られており、常に異なる比率で存在しています。ニュートリノが移動するとき、ニュートリノはこれら3種類の間で変化し、これは少なくとも2種類のニュートリノが何らかの質量を含んでいる場合にのみ可能です。

 

最近、国際的な研究者のチームが天文学のビッグデータを用いて、最も軽いニュートリノの最大質量を初めて計算しました。彼らは最も軽いニュートリノの質量に上限を設定したのです。下限についてはまだ決定されていないため、この素粒子は現在の理解では質量ゼロである可能性があります。

 

最軽量ニュートリノの考えられる最大質量

研究チームは、素粒子物理学者と宇宙学者の両方が集めたデータを使ってニュートリノの質量を測定する独創的な方法を採用しました。これには、素粒子加速器実験からの制約と、宇宙の膨張率を計算するためのBOSS(Baryon Oscillation Spectroscopic Surveyの略【バリオン音響振動分光サーベイ】)から得られた100万個以上の銀河からのデータが含まれています。

 

ニュートリノは微小で、研究するのが非常に難しいため、研究チームはあらゆる最新技術を使って貴重な情報を引き出そうと考えました。そのために、地上や宇宙に設置された望遠鏡、原子炉、粒子加速器など様々なソースからデータを収集しました。

 


宇宙のニュートリノ

 

このデータを使って、研究チームはニュートリノの質量を数学的にモデル化する枠組みを準備しました。最も軽いニュートリノの考えられる最大質量を1.5×10のマイナス37乗キログラム、つまり0.086電子ボルト(eV)に相当すると計算しました。

 

これは、電子の質量の600万倍以上軽い、ということを意味します。ニュートリノの3つの種類を合わせた上限は0.26eVです。

 

すべての情報を処理するのに、50万時間以上の計算時間(1つのプロセッサでの60年分に相当)を要しました。巨大なスケールでの銀河のクラスタリング【データセットを特定のルールに基づいていくつかのグループ(クラスタ)に分類すること】が、最も軽いニュートリノの質量について教えてくれるという事実は、想像を絶する凄さです。

 

ニュートリノの質量を決定することは、ユークリッドやDESI(Dark Energy Spectroscopic Instrumentの略【ダークエネルギー分光装置】)といった、ダークマターやダークエネルギーを研究して宇宙の加速度を正確に測定するための将来の宇宙ミッションに役立つ可能性があります。

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