ニュートリノは「幽霊」ですか？それを捕まえるためになぜ地下700メートルまで行くのですか?

中国科学院によると最近、地下700メートルにある広​​東江門ニュートリノ実験（JUNO）の中央検出器内に世界最大の単一プレキシガラス球が完全に構築され、建設の最終段階に入ったという。

ネットユーザーたちは、「幽霊についにニュートリノという高尚な名前がついた。地下700メートルでニュートリノが見つかったら、幽霊が冥界に捕らえられたということだ」と冗談を飛ばした。

なぜそう言うのでしょうか?

私の国の道教には、人が死ぬと幽霊になるという言い伝えがあります。幽霊が…習近平が死ぬと、彼は幽霊になる。イー族が死ぬと幽霊になる。魏が死ぬと、見えなくなります。ネットユーザーが冗談でニュートリノを「幽霊」と呼ぶのも不思議ではない。

はい、ニュートリノと「幽霊」の関係について考えると、太陽からのニュートリノが毎秒300兆個も私たちの体を通過していることになります。ニュートリノは非常に強い透過力を持っています。それらは人間の体を妨害されることなく通過できるだけでなく、地球や太陽さえも通過することができます。この強力な透過能力により、ニュートリノは「跡形もなく現れて消える」のです。ニュートリノは質量が非常に軽く、光速に近い速度で移動するため、捕捉することが困難です。これらは他の物質とほとんど相互作用せず、幽霊のように地球に侵入し、星、ブラックホール、さらには宇宙全体に関する「核心的な秘密」を運んでいるため、「ゴースト粒子」と呼ばれています。

——江門ニュートリノ実験施設はなぜあんなに深いところに建てられたのですか？

原子炉は地球上でニュートリノが最も高濃度に生成される場所です。江門市は陽江原子力発電所と台山原子力発電所から53キロ離れている。 2基の大型原子炉が完全に建設されると、その総出力は世界一となり、実験サンプルも2倍に増えることになる。ここは現在、世界で最もニュートリノ実験に適した場所であると言えます。

地上には強力な宇宙線が存在するため、ニュートリノの検出を妨げます。 700メートルの山と岩層がフィルターとして機能し、宇宙線の強度を大幅に低減し、純粋なニュートリノ信号を取得できるようになります。

ニュートリノとはいったい何でしょうか?

素粒子物理学では、科学者は、物質世界を構成する最も基本的な粒子が 12 個あることに同意しています。これには、6 つのクォーク (アップ、ダウン、ストレンジ、チャーム、ボトム、トップ)、3 つの荷電レプトン (電子、ミューオン、タウ)、および 3 つのニュートリノ (電子ニュートリノ、ミューオン ニュートリノ、タウ ニュートリノ) が含まれます。

ニュートリノは電荷を持たず、質量が非常に軽く（電子の100万分の1未満）、光速に近い速度で移動します。しかし、星間伝播の際、光は重力や星間塵の影響で方向を変えますが、ニュートリノは方向を変えません。ニュートリノは物質とほとんど反応せず、非常に弱い相互作用のみに関与します。

ニュートリノには、極めて強い透過力という非常に重要な特性もあります。たとえば、地球の直径は約 12,700 キロメートルですが、ニュートリノは妨げられることなく地球を通り抜けることができます。海水や地層によって遮られることはなく、妨害、遮断、ひび割れが発生することもありません。そのため、ニュートリノの検出は非常に困難です。ニュートリノは、素粒子の中で最も理解が進んでいないため、「ゴースト粒子」とも呼ばれています。

——ニュートリノはどうやって生成されるのですか？

原子炉発電（核分裂）、太陽発光（核融合）、自然放射能（ベータ崩壊）、超新星爆発、宇宙線など、ほとんどの素粒子物理学および原子核物理学のプロセスは、ニュートリノの生成を伴います。

超新星が爆発すると膨大な量のエネルギーが発生し、ニュートリノは超新星によって放出されたエネルギーの 99% を運び去ります。

私たちの宇宙はビッグバンによって創造されました。一部の科学者は、宇宙の始まりであるビッグバンで、物質界と反物質界が同時に創造されたと信じています。では、宇宙の起源と進化の過程で存在した反物質の世界はどこへ行ったのでしょうか?

——ニュートリノを捕らえる目的は何ですか？

私たちの宇宙は、主にビッグバンの残骸であるニュートリノで満たされており、その数は 1 立方センチメートルあたり約 300 個です。科学者は一般的に、物質世界に広く存在するニュートリノには反物質世界に関する重要な情報が含まれていると信じています。

実際、地球自体もニュートリノを放出しており、これらのニュートリノの構成は、現在私たちが見ることができない構造に関係しています。

ニュートリノは宇宙の始まり以来存在する最も古く、最も原始的な素粒子です。彼らは多くの重要な謎の情報を持っています。ニュートリノを研究することは、宇宙と私たちの現存する世界の物質を理解する上で大きな意義があります。それは世界で最も最先端の基礎科学でもあります。

江門ニュートリノ実験は2013年に承認され、地下実験室の建設は2015年に始まりました。2021年末に地下室が使用開始され、検出器の設置が始まりました。現在、江門ニュートリノ実験センターの検出器の最も内側のプレキシガラス球は閉じられており、外側のステンレススチールグリッドと光電子増倍管も整然と閉じられている。 11月末までに全ての設置作業が完了し、超純水や液体シンチレータの充填が開始される予定です。 2025年8月から正式に運用とデータ収集を開始し、約30年間の運用が予定されている。

我が国の広東・香​​港・マカオ大湾区における大規模科学プロジェクト建設の主要な計画として、江門ニュートリノ実験はニュートリノの質量秩序の測定を主要な科学的目標としています。同時に、大気ニュートリノ、太陽ニュートリノ、地球ニュートリノ、超新星ニュートリノなどの詳細な研究も行います。

——江門ニュートリノ実験装置はどのようなものですか？

江門ニュートリノ実験のプレキシガラス球の内径は35.4メートルで、12階建てのビルの高さとほぼ同じです。厚さ12cmの曲面球状パネル263枚と上部煙突と下部煙突を接合して作られています。プレキシガラスの正味重量は約600トンです。これは世界最大の単一プレキシガラスボールです。

プレキシガラスのボールは、ニュートリノを検出するためのターゲット物質である液体シンチレータの容器として機能します。 2万トンの液体シンチレーターを搭載する。同時に、球体全体を純水に入れて操作します。運用中は、約3,000トンの浮力に長時間耐える必要があります。力は、プレキシガラス ノード、コネクティング ロッド、およびステンレス鋼ノードを介して、ステンレス鋼格子シェルのメイン構造に伝達されます。力を監視するためにコネクティングロッドにセンサーが取り付けられています。特別に設計されたステンレス鋼構造がプレキシガラスノードとしてプレキシガラスに埋め込まれています。設計の最適化と数百回のテストを繰り返した結果、ついに超高耐荷重性が実現しました。さらに、一部のステンレス鋼ノードでは、ディスクスプリング設計を採用し、プレキシガラスノードの力の分散を効果的に改善しています。

江門ニュートリノ実験は完成後、日本の神岡ニュートリノ実験、米国の深部地中ニュートリノ実験とともにニュートリノ研究の三位一体の勢力を形成し、国際的なニュートリノ研究センターの一つとなる。

出典：CCTVニュース、CCTV科学教育、中国科学院理論物理研究所