ニュートリノとは？

物質を構成する最小の粒子を素粒子といいます。 現在確認されている素粒子は、陽子や中性子を構成するクオークと、電子の仲間であるレプトンに分類され、どちらも6種類あることが分かっています。レプトンの中で3種類は電荷がなく、これをニュートリノと言います。

ニュートリノは宇宙で光の次に多く飛び交い、 太陽など星の中心で起こる核融合反応や、 重い星の最期に起こる超新星爆発、 宇宙線が飛び込む地球の大気原子炉や地球の肉部、 そして私たちの体の内部からも発生します。

ニュートリノはこのようにありふれた粒子ですが、他の物質と反応しにくく、1光年(光が1年間に進む距離)の厚さの鉛でも通り抜けるほどです。このため検出はとても難しく、最近まで質量があるのかどうかさえ不明でした。しかし1990年代以降、ニュートリノ研究は目覚しく発展し、ニュートリノが質量を持つ場合に起こる「ニュートリノ振動(*)」が実際に観測され、3種頬のニュートリノの混じり具合も明らかになってきました。しかしニュートリノの質量の絶対量は未だに不明です。またすベての素粒子には自分と電荷が正反対の『反粒子』が存在しますが、ニュートリノは電荷がないため自分自身が反粒子である可能性もあり、これも未解決の問題です。このようにニュートリノは依然として謎に包まれた素粒子です。

一方で、ニュートリノが他の物質と反応しにくいという性質を利用し、太陽の中心、地球の内部、原子炉の内部など、外からは直接見えないものを観測する手段として利用できる可能性があります。これまで性質がわからなかったために、役に立つかどうかさえ分からなかったニュートリノですが、今後はニュートリノを用いた応用研究についても進展が期待される魅力的な素粒子です。

ニュートリは３種類存在し、質量があると時間と共に別の種類のニュートリノに変身する現象が周期的に起こります。これをニュートリノ振動といいます。

我々を形作っている原子をさらに細かく分解していくと、これまで判明している粒子の中で最小単位である素粒子、クォーク(左図でアップ、ダウンと示されている粒子)が現れます。また、ニュートリノは下図のようなβ崩壊と呼ばれる現象や、核融合・核分裂反応に伴って発生する素粒子の一種です。

素粒子はクォーク族とレプトン族に分頬され、合わせて12個確認されています。またこれらの粒子には、質量が同じで電荷などの符号が反対である反粒子が存在します。