東方見雲録

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2024.10.22

言葉の森：アイスキューブ・ニュートリノ観測所

テーマ：百聞は一見に如かず。今日のデジカメ写真(7324)

カテゴリ：科学

南極の厚い氷の中にDOM(Digital Optical Module)と呼ばれる球体の光センサーモジュールを約5000個[2]並べてある。1つのDOMは耐圧球の中に浜松ホトニクス製の光電子増倍管、地表の施設にデジタルデータを送るためのデータ収集回路、電源、磁気シールドが内蔵されている[3][4][5]。

完成は2010年12月18日（ニュージーランド時間）[6]。熱水ドリルで南極の氷に深さ2450mの垂直の穴(string)を86本掘削し、それぞれのstringの深さ1450mから2450mの間に60個のDOMが縦に並べられている。86本全てのstringを合わせてarrayと呼び、合わせて86x60=5160個のDOMが氷の奥深くに埋め込まれていることになる。これらのセンサーは深さ方向に1km、上から見て1km2の正六角形の領域に分布しており、全体として1km3もの体積を持つ巨大な検出器を構成している。

なお、上記とは別に地表付近（氷の表面から深さ50mまで）に設置された80の施設にもそれぞれ2つのチェレンコフ光検出用タンクがある。各タンクには2つの光センサーがあるため合計で80x2x2=320個の光センサーがある。これらはIceTopと呼ばれ、アイスキューブの施設の一部となる。

アイスキューブは、TeV領域の高エネルギー宇宙ニュートリノの観測を目的としている（日本のスーパーカミオカンデはGeV領域の観測に留まる[7]）。2011年時点、世界最大のニュートリノ観測施設である[8]。

2018年には科学雑誌『サイエンス』により、銀河系外からのニュートリノを特定したことが、2018年の大発見の一つに選ばれた[2]。

ニュートリノこちら
素粒子とは、これ以上分解できない（と考えられている）
粒のこと。今まで17種類見つかっていて、

・・・・
宇宙ができたばかりの頃、物質と出合うと対消滅してしまう反物質も、同じ数だけ存在していたと言われているのです。もしかしたら、物質と反物質が対消滅して星も私たちも存在しない宇宙になった可能性だってあるのです。しかし、現在の宇宙には星や私たちをはじめとした物質であふれています。
・・・・
この謎のカギを握るのが、ニュートリノかもしれないのです。
ニュートリノ振動とその反物質である反ニュートリノ振動の間のわずかな違い（「CP対称性の破れ」と呼びます）が、物質が存在しているヒントになるのではないかと考えられています。スーパーカミオカンデでは、J-PARCとのT2K実験によって、ニュートリノと反ニュートリノの振る舞いに違いがないか検証し続けています。

TeV領域こちら
これまでの研究により、暗黒物質(ダークマター)は宇宙初期にできた「弱い相互作用をする重い粒子（WIMP）」である可能性が高いとされています。理論上では、WIMPは対消滅や崩壊により既知の素粒子（電子・陽電子対など）を生成し、そのエネルギーはWIMPの質量エネルギーが上限となります。このWIMPの質量は、これまでの電子・陽電子観測から数100GeV以上であることが期待されるため、暗黒物質の探索には、CALETのカロリメータによるTeV領域の電子・陽電子観測が重要となります。これほどの高エネルギー領域の電子観測ができるのはCALETが世界初となります。

GeV領域こちら