研究紹介

ニュートリノ

私達の身の周りにある物質はクォークとレプトンというこれ以上分割できない 「素粒子」によって構成されています。ニュートリノはレプトンに属し、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３種類が存在します (この種類の違いを「フレーバー(香り)」と言います)。ニュートリノは電荷を持たず「弱い力」のみを通じて他の粒子と相互作用をするため、検出して性質を調べるのがともて難しい粒子です。本グループではこのニュートリノの性質を調べることで物質や宇宙の起源に迫ることを目指しています。

ニュートリノ振動

1998年に岐阜県飛騨市にあるスーパーカミオカンデで、宇宙線により大気中で生成されたミューオン・ニュートリノが別のフレーバーのニュートリノに変化す るニュートリノ振動という現象が発見されました。 これは、ニュートリノがご くわずかな質量を持つ場合に起こる現象です。素粒子物理学の標準理論では ニュートリノは質量を持たないとされてきました。ニュートリノ振動の発見によ りニュートリノがごくわずかな質量を持つことが示され、標準理論の変更を迫ら れるとともに、この極端に小さな質量の起源は何なのか、謎が深まります。

レプトンでのCP対称性の破れ

CP対称性とは物質と反物質の振る舞いが同じである対称性のことです。物質を構成する粒子であるクォークではこの対称性が破れていることがわかっており、小林-益川行列で記述できます。CP対称性の破れはこの宇宙に反物質が殆ど無いことを説明する重要な鍵となっていますがクォークのCP対称性の破れだけではこの反物質の無い宇宙を説明できないことがわかっています。 そこで、現在注目されているのがレプトンでのCP対称性の破れです。もし、 ニュートノでCP対称性が敗れていると、ニュートリノ振動とその反粒子である反ニュートリノでのニュートリノ振動での振る舞いが異なってきます。 我々の研究室ではT2K実験やハイパーカミオカンデ計画を通して、レプトンにおけるCP対称性の破れの発見を目指しています。

質量の絶対値、順番

これまでにニュートリノ振動でわかったのは質量の二乗差（大きさ）でした。３ つのニュートリノのうちどのニュートリノが一番重いのか、また質量の絶対値はいまだわかっていません。T2K振動実験やハイパーカミオカンデ計画を通して質 量の順番を決定できると期待されます。また、AXEL実験で目指す「ニュートリノ を伴わない二重ベータ崩壊」を発見することができれば、質量の絶対値を求める ことができます。

マヨラナ粒子vsディラック粒子

電子やクオークはディラック粒子と呼ばれ、反対の電荷を持った相棒となる反粒子が存在することがわかっています。 一方、電気的に中性なニュートリノは、自身が反粒子となる可能性があります。このような粒子をマヨラナ粒子と呼びます。ニュートリノがマヨラナ粒子であることを仮定して、ニュートリノの極端に軽い質量や、物質優勢宇宙の起源を説明する理論が提唱されていますが、ニュー トリノがディラック粒子なのかマヨラナ粒子なのかはわかっていません。マヨラ ナ粒子である場合は、「ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊」という事象が 起きうるため、この崩壊の探索が世界中で行われています。

陽子崩壊

自然界の４つの基本相互作用のうち、強い力、電磁気力、弱い力、そしてクオー クとレプトンを統一的に扱おうとする理論が大統一理論です。大統一理論による と陽子がごく稀に(10の34乗年より長い寿命で)崩壊すると予想されます。大統一 理論はいまだ未完成です。 スーパーカミオカンデやハイパーカミオカンデ計画では、陽子の崩壊事象を探す ことで大統一理論に迫ります。