ハイパーカミオカンデ

ハイパーカミオカンデ：宇宙の謎に迫る巨大ニュートリノ観測装置

岐阜県飛騨市神岡町の地下深く、旧神岡鉱山の跡地に建設が進められているハイパーカミオカンデは、スーパーカミオカンデの後継となる超大型水チェレンコフ検出器です。その巨大なスケールと高い感度から、宇宙の謎解明に大きく貢献すると期待されています。2027年の実験開始を目指し、現在鋭意建設中です。

装置概要：巨大な水槽と高感度センサー

ハイパーカミオカンデは、地下650mに掘削された巨大な空洞内に設置される、直径74m、高さ60mの円筒形水槽を主体としています。この水槽には約26万トンの超純水が満たされ、その内壁には50cm径の超高感度光センサー4万本、外壁には20cm径の高感度光センサー6700本が取り付けられます。これらのセンサーは、水中で発生するチェレンコフ光を捉え、ニュートリノの反応を検出します。初期計画では、さらに巨大な水槽が検討されていましたが、センサー感度の向上により、よりコンパクトな設計で同等の観測能力を実現できるようになりました。

研究目的：未解明な現象への挑戦

ハイパーカミオカンデは、主に以下の4つの目的を達成するために建設されています。

1. CP対称性の破れの測定: 茨城県東海村のJ-PARCから発射されるミューニュートリノビームと反ミューニュートリノビームを観測することで、ニュートリノと反ニュートリノの振動確率の差を精密に測定します。この差は、CP対称性が破れていることを示す重要な証拠となります。

2. ニュートリノ質量の順番の決定: 宇宙線が大気と反応して生成されたニュートリノは、地球内部を通過する間に物質と相互作用します。ハイパーカミオカンデでは、この相互作用によって変化するニュートリノ振動のパターンを観測することで、ニュートリノの質量階層（質量の大小関係）を決定します。

3. 宇宙ニュートリノの観測: 太陽ニュートリノ、宇宙ニュートリノ背景、超新星爆発に伴うニュートリノなど、様々な起源を持つ宇宙ニュートリノを観測します。これらの観測は、宇宙の進化や天体現象の解明に繋がる貴重な情報をもたらします。

4. 陽子崩壊探索: 大統一理論では、陽子が非常に長い時間をかけて崩壊すると予測されています。ハイパーカミオカンデでは、この陽子崩壊現象の観測に挑戦します。10年間の観測で、現在の知見よりもさらに高感度な測定が可能となり、様々な大統一理論モデルの検証に貢献します。

建設計画と国際協力

ハイパーカミオカンデ計画は、2014年に日本学術会議の重点大型研究計画に選定され、その後、国際共同研究グループが結成されました。総事業費は800億円規模にのぼり、日本政府に加え、多くの国際機関や研究機関が協力して建設を進めています。2021年には着工記念式典が開催され、現在、2027年の実験開始に向け、順調に建設が進められています。

ハイパーカミオカンデの意義

ハイパーカミオカンデは、その巨大な規模と高い感度から、ニュートリノ物理学や宇宙物理学の未解明な謎を解き明かすための強力なツールとなります。その成果は、素粒子物理学の標準模型を超える新物理の発見、宇宙の起源や進化の解明、そして自然界の根源的な法則の理解に繋がるものと期待されています。国際的な協力体制の下で進められるこの壮大な計画は、科学技術の発展のみならず、人類の知の探求における大きな一歩となるでしょう。

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