宇宙の「果て」になにがあるのか｜戸谷友則｜最新天文学が描く、時間と空間の終わり

新しい宇宙を見る目──ニュートリノ

宇宙を見る目はいまや電磁波だけではない。光速でまっすぐに進む波や粒子であれば、光と同じように宇宙を「見る」ことができるはずである。そのような宇宙からの「メッセンジャー」として長年期待されてきたのがニュートリノと重力波である。両者とも物質に対する透過力が強く、高密度天体の中心部など、光では吸収されてしまって見えない領域をさぐることができる。だが、透過力が強いということは物質との相互作用が弱いということでもあり、それだけ検出器に与える信号も小さくなる。ここでもまた、利点は欠点の裏返しということだ。

それでも宇宙からのニュートリノは１９７０年代にはすでに検出されていた。太陽からのニュートリノである。太陽のエネルギー源は水素原子核（＝陽子）四つを、２個の陽子と２個の中性子からなるヘリウム原子核に変える核融合だから、２個の陽子を中性子に変える必要がある。このベータ崩壊とは逆の反応により、必ず電子ニュートリノが２個放出されるはずである。

これを初めてとらえたのは米国サウスダコタ州のホメステイク鉱山地下に設置された、テトラクロロエチレンを蓄えた巨大なタンクであった。この物質はドライクリーニングでも使われる安価なものであり、塩素を含んでいる。ニュートリノがやってきて塩素と反応すると、今度は逆に塩素原子核中の中性子が陽子に変わり、原子番号が一つ増えたアルゴンに変わる。これを化学的に検出したのである。

この実験を率いたレイモンド・デービスには小柴昌俊とともに２００２年のノーベル物理学賞が与えられた。だが、この栄光の実験も、実現までにはいろいろと障害があったらしい。その一つは、予算獲得までに浴びた「出ているとわかっているニュートリノを検出して、それで新たになにがわかるのか」という批判であったという。

ニュートリノの検出によって宇宙を構成する物質の謎が一気に進展した。物理学の大発見なのでその言葉を知っている人も多いだろう。しかしその発見から導き出された答えはまだ多くなく謎に満ちたままだ。

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