トップコメント: 中国での実験がニュートリノの質量秩序を決定する可能性

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ニュートリノは、電荷を持たず、せいぜいわずかな質量しかなく、光に近い速度で移動する幽霊のような粒子です。 それらは、中性子を陽子に変化させて電子を放出したり、（反中性子の場合）陽子を中性子に変化させて陽電子（反電子）を放出したりできる弱い核力を通じてのみ他の粒子と相互作用します。 弱い力が非常に弱いため、このような現象はめったに起こらず、これらの粒子を観察することは非常に困難です。 毎秒何兆ものニュートリノがあなたの体を通過していますが、実際にあなたの体の原子核と相互作用するニュートリノはほとんどないため、あなたはそれを知ることはできません。

ニュートリノには 3 つの種類が知られており、それぞれが電子のような粒子に結合しています。 電子には電子ニュートリノがあります。 より重いミューオンにはミューニュートリノが存在します。 そして、より重いタウ粒子にはタウニュートリノがあります。 これらのさまざまなニュートリノに関する発見の 1 つは、各ニュートリノが空間を伝播する間に他のタイプに相互変換するということです。 ニュートリノが運動するときに静止していないという事実は、ニュートリノが光の速度で運動していないことを意味し（ただし、それよりわずかに遅い速度で）、つまりニュートリノには質量があることを意味します。 それでは、当然の疑問として、既知のニュートリノのさまざまな質量はいくらなのか、ということになります。 そして、これらの質量を実際に測定することができない場合、少なくとも質量の順序を決定することは可能でしょうか?

中国でまもなくオンラインになる予定の実験は、完全な答えではないにしても、この疑問に対処することを期待している。 この実験は直径 35 メートルのアクリル球で構成されており、核イベントが発生するとフラッシュ (シンチレーション) を発する有機溶液が満たされます。 43,000 本の光電子増倍管のアレイが球体を取り囲み、そのようなイベントを検出します。 この球体から 53 キロメートル離れたところに 8 基の原子炉があり、反電子ニュートリノの安定した流れを生成しています。 科学者たちは、原子炉から検出器までの移動中に、これらの反電子ニュートリノのうちのどれだけが他の種類のいずれかに変換されなかったのかを測定する予定です。 (検出器はミューニュートリノとタウニュートリノを認識しません。)

ここで、少し混乱が生じます。 理論家は、ニュートリノには 3 つの質量状態があり、それらを m1、m2、m3 と呼んでいると断定しました。 これら 3 つの質量のそれぞれが 3 種類のニュートリノのいずれかの質量に対応するとすぐに仮定するのは自然ですが、実際には、質量は実際のニュートリノの種類と 1 対 1 で相関しないと述べています。 実際、各タイプのニュートリノは 3 つの質量状態を量子力学的に重ね合わせたものです。 m2がm1より大きいことはすでに決定されています。 残る疑問は、m3 が m2 より重いか (いわゆる「通常順序」)、それとも m1 より軽いか (「逆順序」) です。

変換されていない反電子ニュートリノが検出器に到達し、陽子と相互作用すると、陽子は中性子に変換され、高エネルギーの陽電子が放出されます。 その陽電子は検出器で見える閃光を生成します。 しかしまた、中性子生成物は最終的に原子核に吸収され、約 200 ミリ秒後に 2 回目のフラッシュが生成されます。 この一連の 2 回のフラッシュ (遠い地下にあるため地球自体によって遮蔽されていることと組み合わせる) により、原子炉からの反ニュートリノによって誘発された事象と、ランダムな宇宙線によって生成された事象を区別することが可能になります。 どれだけの反電子ニュートリノがその旅を生き残るかのパターンは、質量スペクトルの秩序が正常であるか反転しているかの特徴を保持します。