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SCIENTIFIC AMERICAN October 2015

Neutrinos at the Ends of the Earth

アイスキューブ 南極でニュートリノを捉える

By Mark P. Mattson F. ハルゼン
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One of the most ambitious and extreme experiments on Earth opened at the South Pole in 2010. IceCube, a giant particle detector buried in the polar ice, captures elusive, high-energy species of neutrinos—fundamental particles that fly straight through almost everything they touch. The project, for which I am the principal investigator, aims to use neutrinos to study distant cosmic phenomena—particularly the mysterious, violent processes thought to produce the charged particles known as cosmic rays that continually bombard Earth.  地球上で最も野心的でかつ究極の実験の1つが2010年に南極で始まった。氷床の中に埋め込まれた巨大な素粒子観測施設「アイスキューブ」が捉えるのは何でも素通りしてしまう素粒子ニュートリノ。その中でもめったに検出できないとみられる高エネルギーニュートリノがターゲットだ。私が率いるこのアイスキューブ実験プロジェクトの目的はニュートリノを用いて宇宙のはるか彼方で起きている事象を探ること。そうした現象の中でも特に注目しているのが,地球に常時,降り注いでいる荷電粒子,「宇宙線」を生み出す謎に満ちた激しい現象だ。
We expect IceCube to catch these very high energy neutrinos only rarely. The particles have almost no mass and no electrical charge (which is why they seldom react with other particles), and they travel at nearly the speed of light. Once they arrive on Earth from near or far away, most do not stop to linger; they keep traveling, zipping straight through our planet and continuing on their way. Because of these difficulties, we were not surprised that the experiment’s first few years of data, taken while the detector was still under construction, turned up nothing extraordinary. But in 2012 that changed.  超高エネルギーのニュートリノはアイスキューブでまれにしか捉えられないと予想される。ニュートリノは質量が超微小で電荷を持たず(それゆえ他の粒子とめったに反応しない),ほぼ光速で飛ぶ。近くからであろうと遠くからであろうと,地球に飛来したニュートリノのほとんどはとどまることはない。私たちの惑星の中をあっという間にすり抜け,そのままさらに先へと飛び続ける。そういうわけで,建設途上のアイスキューブを用いた実験の最初の数年間,超高エネルギーニュートリノが1つも検出されなかったのは特に驚くようなことではなかった。だが2012年,変化が訪れた。
One day, during a routine conference call for team members, our screen lit up with patterns we had never seen before. The signals reflected two neutrinos carrying more than 1,000 times the energy of the most energetic neutrino ever produced by an accelerator on Earth and almost a billion times the energy of the neutrinos regularly spat out by the sun. Clearly, they came from some spectacularly energetic process occurring far from our planet. Exhilaration spread through the room as we realized we were looking at something game changing. Capturing the whimsy of the moment, one of our graduate students nicknamed the two particles “Bert” and “Ernie,” after the Sesame Street characters (the names are not just fun; they are easier to keep straight than the long strings of numbers we usually assign to neutrino events).  ある日,実験チームのメンバーが定例会議で集まっていた時,モニター画面がこれまで見たことのないようなパターンで明るくなった。そのシグナルは,地上の加速器で作られた最もエネルギーが高いニュートリノの1000倍,太陽から常時放出されているニュートリノの10億倍ものエネルギーを持つニュートリノが2個飛来したことを物語っていた。
 これらのニュートリノは地球からはるか遠く離れた場所で起きた,とても激しい現象に由来するのは明らかだった。何かこれまでとは違うエポックとなる現象を目の当たりにしていることに気付くにつれ,会議室は興奮に包まれていった。その盛り上がりの中で,大学院生の1人が,検出された2つのニュートリノに「バート」と「アーニー」というニックネームを付けた。人気子供テレビ番組「セサミストリート」の登場キャラクターにちなんだものだ(名前を付けるのは,ただのお遊びではない。ニュートリノの観測事象に慣例的に付けている数字の羅列より覚えやすいという利点がある)。