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SCIENTIFIC AMERICAN October 2017
The Neutrino Puzzle
反物質が消えた謎 米国が挑むDUNE実験
| By Clara Moskowitz | C. モスコウィッツ |
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| I’m standing on a catwalk in a giant cave crammed with industrial equipment, and I’m told that trillions of neutrinos are flying through every inch of my body each second. I reach out my arms as if to heighten the sensation, but of course, I can’t feel a thing. Nearly massless, traveling close to the speed of light, the ghostly particles traverse the empty space between my atoms without a trace. They also move mostly unimpeded through the hulking metal box that dominates the cavern. But a few times a day one will collide with an atom inside the school bus–size contraption, liberating charged particles that leave light trails visible to scientists. And these trails, physicists hope, will lead them into unknown territory. | 巨大な地下空洞に詰め込まれた工業用機械のような装置を，高い位置にある通路から見下ろす。この瞬間にも無数のニュートリノが刻々と私の体を通過しているのだと，研究者たちは言う。ためしに両手を広げてみたがもちろん何も感じなかった。質量が非常に小さく，光速に近い速度で飛行するニュートリノは，体を作る原子の間を，まるで幽霊のように何の形跡も残さず通過する。そればかりか，この地下空洞を占領している巨大な金属製の装置も，ほとんど遮られることなく通り抜ける。
しかしスクールバスほどの大きさの奇妙な装置の内部では，ニュートリノと原子の衝突が1日に数回は発生する。科学者たちは，衝突で生じる荷電粒子が液体の油（液体シンチレーター）の中を進む時に放出される光子の飛跡を観測している。これを調べることで，物理学の未知の領域が開かれると期待しているのだ。 | |
| The apparatus is part of the NuMI Off-Axis Electron Neutrino Appearance experiment, or NOvA, here at Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in Batavia, Ill. A similar but larger detector is buried 800 kilometers away in Minnesota, where it catches neutrinos that have passed through this one and all the ground in between. NOvA, which has been operating since 2014, is the world’s longest-distance neutrino experiment, but it is laying the groundwork for something much larger—the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). DUNE will start at Fermilab, where an accelerator will speed up and smash protons into graphite to create a beam of neutrinos. Those neutrinos will then fly through 1,300 kilometers of earth from Illinois to South Dakota. The additional 500 kilometers of travel should make it more likely that the neutrinos will display some of their trademark odd behavior. | このニュートリノ検出器は，米国立フェルミ加速器研究所（フェルミ研）が実施しているNOvA実験の一部であり，イリノイ州バタヴィアのフェルミ研の地下空洞に設置されている。これと似ているがはるかに大型の検出器がミネソタ州の地下にあり，フェルミ研の装置を通って800kmを旅してきたニュートリノを捉える。2014年に開始されたNOvA実験は世界最長の長基線ニュートリノ実験であると同時に，さらに大規模な，ある実験の基礎となる。DUNE実験だ。
DUNE実験では，フェルミ研の加速器で加速した陽子を標的のグラファイトにぶつけ，ニュートリノビームを生成する。これが地中を1300km飛行してサウスダコタ州の検出器に到達する。NOvA実験よりも飛行距離が500km長くなれば，ニュートリノがその特徴である奇妙な挙動を示す可能性がそれだけ高くなるはずだ。 | |
| DUNE is the most ambitious particle physics experiment to be attempted on U.S. soil since the failed Superconducting Super Collider (SSC) of the 1990s. The $1.5-billion project is scheduled to start up in the 2020s and should run for at least 20 years. But it is not just Americans who are excited—the project involves 1,000 researchers from 30 countries and counting. It will be the biggest neutrino experiment on the planet. | DUNE実験は，超電導超大型加速器（SSC）計画が頓挫した1990年代以降では，米国内で実施される最も野心的な素粒子物理学実験だといえる。15億ドルのこのプロジェクトは2020年代の開始を目指しており，少なくとも20年は継続する予定だ。とはいえ心待ちにしているのは米国人科学者だけではない。この実験には世界30カ国から約1000人の科学者が参加しており，その数は今も増え続けている。DUNE実験は世界最大のニュートリノ振動実験になる見込みだ。 |