素粒子物理学：最高エネルギーのニュートリノが話題を呼ぶ
Nature
これまでに検出された宇宙ニュートリノの中で最もエネルギーの高いものの証拠を報告する論文が、今週のNature に掲載される。そのエネルギーは、これまでに検出されたニュートリノの約30倍であると推定されている。KM3NeT Collaboration（コラボレーション）が報告したこの結果は、その正確な起源はまだ特定されていないものの、その粒子が私たちの銀河系を超えたところから来たことを示唆している。
ニュートリノは、陽子や中性子などの物質の素粒子と相互作用する頻度が極めて低い素粒子である。そのため、宇宙ニュートリノの検出は難しく、氷や水などの透明な物質の大きな塊の中に埋め込まれた何千もの高感度「カメラ」を使用する必要がある。高エネルギーニュートリノが検出器の近くで相互作用を起こすと、電荷粒子が生成され、光放射が放出される。Cubic Kilometer size Neutrino Telescope（KM3NeT；立方キロメートル・ニュートリノ望遠鏡）は、イタリアのシチリア島とフランスのプロヴァンスに近い地中海の水深3,450メートルと2,450メートルの地点に、このような信号を探索する2つの検出器、ARCA（Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss）とORCA（Oscillation Research with Cosmics in the Abyss）を設置している。
KM3NeTコラボレーションは、建設中の望遠鏡からデータを分析した。2023年2月13日、ARCA 検出器が高エネルギーミュー粒子（muon）の信号を観測した。研究者らは、その粒子のエネルギーは約 120 ペタ電子ボルト（PeV、1 PeV は 1000兆電子ボルト）であったと推定している。著者らは、このミュー粒子を生成したニュートリノはさらに高いエネルギー、約220ペタ電子ボルト（1ペタ電子ボルトは1000兆電子ボルト）であったと提案している。検出器の深さとミュー粒子のほぼ水平方向を考慮すると、ニュートリノは宇宙起源である可能性が高いと研究者らは結論づけている。
著者らは、ニュートリノが飛来したと推定される方向と一致する12個の潜在的なブレーザー（活動銀河の明るい中心核）を特定した。しかし、そのうちのどれもがニュートリノの天体物理学的な発生源であるとはっきり特定できるものではない。著者らは、このニュートリノが宇宙線と宇宙マイクロ波背景放射の光子の相互作用によって生じる「宇宙起源の（cosmogenic）」ニュートリノである可能性も示唆している。
- Article
- Open access
- Published: 12 February 2025
The KM3NeT Collaboration. Observation of an ultra-high-energy cosmic neutrino with KM3NeT. Nature 638, 376–382 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08543-1
Evidence of the highest-energy cosmic neutrino detected to date is presented in Nature this week. Its energy is estimated to be around 30 times higher than any neutrino previously detected. The result, reported by the KM3NeT Collaboration, suggests that the particle came from beyond our Milky Way, although its precise origin remains to be determined.
Neutrinos are elementary particles that interact extremely rarely with subatomic components of matter, such as protons and neutrons. Thus, the detection of cosmic neutrinos is difficult and requires the use of many thousands of highly sensitive ‘cameras’ embedded within large bodies of transparent matter, such as ice or water. When high-energy neutrinos interact in the vicinity of the detector, they create charged particles that give off light radiation. The Cubic Kilometre Neutrino Telescope, or KM3NeT, comprises two detectors searching for such signals, ARCA and ORCA, at depths of 3,450 meters and 2,450 meters at the bottom of the Mediterranean Sea near Sicily, Italy and Provence, France.
The KM3NeT Collaboration analysed data from the telescope during its ongoing construction. On 13 February 2023, the ARCA detector observed the signal of a high-energy muon. The researchers estimate that the particle had an energy of around 120 petaelectronvolts (PeV; one PeV is one quadrillion electronvolts). The authors propose that the neutrino generating this muon had an even higher energy of around 220 PeV. Given the depth of the detector and the almost horizontal direction of the muon, the researchers conclude that the neutrino was most likely of cosmic origin.
The authors identified twelve potential blazars (bright cores of active galaxies) that are compatible with the estimated direction from which the neutrino travelled. As yet, none can be clearly identified as the astrophysical source of the neutrino. The authors have also proposed the possibility that this neutrino could be a ‘cosmogenic’ neutrino resulting from the interaction of cosmic rays with photons of the cosmic microwave background.
doi: 10.1038/s41586-024-08543-1
「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。
