物質はどうやって生まれてきたか

かねちゃん @PEACEphotohito

物質はどうやって生まれてきたか（76） ニュートリノはなぜ見つかったか。100年くらい前、世界中の最先端の物理学者がベータ崩壊する放射性元素を調べた。最初と最後でエネルギーが同じでないことがわかった。

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物質はどうやって生まれてきたか（77） 電子を放出したら、放出前の元素からエネルギーが減った分、電子が相当するエネルギーをもっていなければならないはずだが、どこかにエネルギーが消えていることがわかった。

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物質はどうやって生まれてきたか（78） そうなると、エネルギー保存の法則、核運動量保存の法則、運動量保存の法則、これら全てが崩れてしまうことがわかった。物理学はその３つの法則が大原則。そこでパウリという科学者がニュートリノという粒子の存在を予言した。

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物質はどうやって生まれてきたか（79） ニュートリノが初めて見つかったのは、原子炉から出てる反電子ニュートリノ。原子炉の周りに、光電子増倍管（高感度光検器）で囲った液体シンチレーターを設置し、反電子ニュートリノが起こした反応を捕まえた。（３つの事例）ライナスという人。

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物質はどうやって生まれてきたか（80） ニュートリノには種類が沢山ある。それらの種類の間に、自然と移り変わるニュートリノ振動があると予測したのが西島和彦。

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物質はどうやって生まれてきたか（81） π中間子がμとニュートリノに壊れる時に出てくるニュートリノは、ベータ崩壊時に出てくるニュートリノとは全く違う種類。これがμ型ニュートリノ。タウニュートリノは目に見えない粒子がタウ粒子を作った事でみつかった。

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物質はどうやって生まれてきたか（82） これらのニュートリノが宇宙でどんな役割を果たしているのか。宇宙について何を語るのか。どんな物理的性質をもっているのか。それらを知る為には、太陽からのニュートリノを何とかして観測したい。

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物質はどうやって生まれてきたか（83） 塩素の同位体元素の一つに電子ニュートリノを当てるとアルゴン37に変わる。ベータ崩壊の逆反応。地下深くに塩素を沢山含んだドライクリーニングの洗浄液を置いた（デイヴィスの実験）。月に１度アルゴン37がいくつ生まれたか調べた。

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物質はどうやって生まれてきたか（84） いつどの方角から来たニュートリノかはわからないが、確かに太陽からのものだと断言出来る。なぜ言い切れるか。地球が誕生してから46億年、常に一定の熱エネルギーを地球に与えて来た。これは太陽が自らエネルギーを作っている証拠。

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物質はどうやって生まれてきたか（85） 太陽は常に、４つの陽子を使って１つのヘリウムの核を作ってエネルギーを生み出している。ヘリウムの原子核の総合エネルギーはわかっているので、太陽からの熱エネルギーを測れば毎秒どれだけのヘリウムが出来ているかわかる。

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物質はどうやって生まれてきたか（86） ヘリウムの原子核は、２個の陽子と２個の中性子で出来ている。つまり、２個の陽子は中性子と陽電子に変わっている。つまり２個のニュートリノを出す。

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物質はどうやって生まれてきたか（87） 実験では計算上の予測値の３分の１しか検出できなかった。これは、ニュートリノ振動によって他のタイプのニュートリノに変わっているから。

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物質はどうやって生まれてきたか（88） 太陽の光をスペクトルに分けるとエネルギー分布がわかる。分布がわかれば太陽の表面温度や、何がどれだけ含まれているかがわかる。

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物質はどうやって生まれてきたか（89） 太陽からのニュートリノを観測するには、的が小さくてはダメだとわかった。もっと大きな的を用意しないといけない。水1000トンに含まれる電子全てを的にした。人間の頭に毎秒10兆個降っているニュートリノが、水1000トンの上にどれだけ降るか。

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物質はどうやって生まれてきたか（90） 毎秒、毎分、毎時間、毎日と、時間を増やすほど量が増える。そのものすごい数のニュートリノがものすごい数の電子と出会う。このくらい出会いの場を用意してあげると、一週間に１個か２個くらい、電子の頭をコツンと叩いてくれる。

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物質はどうやって生まれてきたか（91） 叩かれた電子は弾かれた方向にシュッと走り出す。電気を持った粒子が走り出せば、これはしめたもの。水の中で電子が走るとチォレンコフ光という円錐状の光を放出する。

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物質はどうやって生まれてきたか（92） それを光電子増倍管で観測すれば、いつどの方向へどれだけのエネルギーを持って動いたかが全てわかる。この光電子増倍管を水中に沢山設置して、いつどこで現れてもいいようにしていた。これがカミオカンデという装置。

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物質はどうやって生まれてきたか（93） かつてないほど大きくて高性能な光電子増倍管の共同開発に成功したお陰で実現した。しかし、週に１発くらいのものを観測するわけだから、ノイズを極端に抑えて静かな状態にしないと無理。

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物質はどうやって生まれてきたか（94） その状態にもってこれたのが1987年正月。それから２ヶ月と経たないうちに南の空で超新星爆発が起きた。10秒間に11個のエネルギーの高いニュートリノが大マゼラン星雲から降り注ぐイベントが観測された。人類が最初に観測した超新星爆発のニュートリノ

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物質はどうやって生まれてきたか（95） カミオカンデは太陽からのニュートリノにターゲットを絞った。その二代目がスーパーカミオカンデ。これも電子ニュートリノを狙った。三代目のカムランドは反電子ニュートリノにターゲットを絞った。

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物質はどうやって生まれてきたか（96） 反電子ニュートリノは原子炉から出ている。神岡から200Kmほど離れた所にある原発の反電子ニュートリノを捕まえた。反電子ニュートリノもニュートリノ振動で数が減ることがわかった。

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物質はどうやって生まれてきたか（97） それよりすごいのは、地球内部にあるウランやトリウムが発生させている反電子ニュートリノを初めて地球上で観測した。これはスゴイ。なぜなら、このカムランドのような装置を地球上のあちこちに設置したら、地球のトモグラフィー（断面図）が出来てしまう。

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物質はどうやって生まれてきたか（98） 地球のどの場所にウランやトリウムが埋蔵されているかわかってしまう。地球の内部エネルギー、例えば火山エネルギー、大陸移動エネルギー、地震にしろ何にしろ、その大元は地球が最初から持っていた放射性元素の転換エネルギーが全てのエネルギーになっている

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物質はどうやって生まれてきたか（99） その大元のエネルギーがどのように分布しているかがわかるという事は、地球物理学の一番根本的な問題に新しい可能性を作った。

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物質はどうやって生まれてきたか（100） 技術の発達で宇宙の若い頃に関する理解が深まった。宇宙が始まってから36万年後の姿が観測にかかった。もっと前も調べられないか。