スーパーカミオカンデ内部の写真

スーパーカミオカンデがタンク内部を12年ぶりに公開

世界最大の水チェレンコフ宇宙素粒子観測装置

スーパーカミオカンデは岐阜県飛騨市にある旧神岡鉱山に設置された世界最大の水チェレンコフ宇宙素粒子観測装置。カミオカンデの名前は、陽子崩壊観測を主目的とした、Kamioka Nucleon Decay Experiment (神岡核子崩壊実験)の略称だったんだけど、スーパーカミオカンデはこの目的の他にニュートリノによる天体観測も目的としていたので、Super-Kamioka Neutorino Detection Experiment (超神岡ニュートリノ検出実験)とSuper-Kamioka Nucleon Decay Experiment (超神岡核子崩壊実験)の両方の意味を持つ略称になってる。

スーパーカミオカンデには、5万トンの超純水の入った直径40m 深さ41.4mのタンクと、そのタンク内に設置された浜松ホトニクス社製の11,200本の光電子倍増管が使われてて、写真でみると下の感じ。

スーパーカミオカンデ内部の写真

ニュートリノってなに?

ニュートリノは、電気を持たない中性の素粒子。

宇宙を構成するすべての物質は、クォークとレプトンという素粒子の仲間から形成されています。

(中略)

このクォークとレプトンは、それぞれ、自分とペアになる粒子を持っています。ペアになる粒子は電荷が1つ異なるという特徴があります。

(中略)

レプトンの場合、1つは電子で、そのペアになっているのがニュートリノです。電子の電荷は-1であり、ニュートリノの電荷は、それから1つ分異なった0となっています。

スーパーカミオカンデ公式ホームページから抜粋

で、ニュートリノは電荷が無いので他の物質と反応をほとんどしない。反応しないから、地球すら容易に貫通しちゃう。なので、観測がすっごい難しい。

じゃぁ、どうやって観測するの?

ニュートリノは、他の物質とほぼ反応しないけど、ごくごく稀になにか(スーパーカミオカンデの場合は水)にあたって、荷電粒子を放出します。その放出された荷電粒子を観測する。

更にスーパーカミオカンデでは、超純水の中にレアアースの一種のガドリニウムを添加することで他のノイズとの反応との区別をできるようにして、ニュートリノ観測の効率をアップさせます。

ガドリニウムを添加すると観測の確率がアップするんじゃないか

観測の方法としては、放出された荷電粒子が水中の光よりも速い速度で走ると出てくるチェレンコフ光というのを観測するんだけど、このチェレンコフ光というのは、荷電粒子の進む方向に対して円錐形に放出されるので、水タンクの壁面にぎっしり並べられた光電子倍増管でその光をキャッチして観測します。

チェレンコフ光がリング状に

でも、地上でそんな実験をすると様々な宇宙線の影響を受けてしまうので、スーパーカミオカンデは地下1000mに設置されていて、そこには他の物質と反応をほとんどしないニュートリノ以外がほぼ到達できない環境になっているというわけ。

ということで、いろいろな工夫と大規模な装置でニュートリノを観測しようとしてるんだけど、超新星爆発で放出されたニュートリノっていうのは、実は1987年にカミオカンデで世界で初めて観測されてその後は観測されてないんだって。

更に性能アップのために改修

なかなか観測できてない超新星背景のニュートリノを、より多く観測できるようにするために今回2018年6月から2018年12月まで、このスーパーカミオカンデを改修することになって、約12年ぶりにタンク内部が公開されたんだけど、どんな改修をするかというと

  • 止水補強工事
    なんかね、毎日約1トンの純水が漏れてるんだって。5万トンの中の1トンだから観測の問題にはならないみたいだけど。それが漏れ出ないようにする工事と、近くで地震なんかが起きてもタンクから水がもれないように、つなぎ目全部に止水剤を塗る工事。止水剤って超純水に溶け出したりしないんだよね?そんなことはプロがしっかり確認済みだよね。
  • タンク内配管の改良
    今は毎時60トンの速度で、タンク内の水を純化しながら循環させてるんだけど、その性能をアップさせて、毎時120トンでできるように配管を改良するみたい。
  • 不具合のある光電子倍増管の交換
    前回のメンテナンスから既に12年たって、数百本の光電子倍増管に不具合が出ているので、それを交換。

この改修でニュートリノ観測が加速するといいね!見えないものを見えるようにする科学って物凄いことだと思うから、事業仕分けみたいに将来何にもしならない人に予算を減らされたりしませんように!

頑張れカミオカンデ!いけ!スーパーカミオカンデ!

カミオカンデって名前

ところで神岡にあるからカミオカンデって名前。。。小林製薬感が無いですか?

っていう締めくくりに意味がNooice!!