この巨大な望遠鏡は海底の深部からのニュートリノを研究する

もし、宇宙の奥深くから何兆もの微粒子が降り注ぎ、今あなたの体を通過したとしたら、心配しますか? もし心配なら残念です。あなたがこの文章を読み始めたときから、それはすでに起こっています。でも、恐れることはありません。これらの小さな粒子の中には、宇宙の最も奇妙な秘密に関するメッセージを持っているものもいるのです。

この粒子はニュートリノで、おそらく光粒子に次いで宇宙で2番目に多い粒子です。地球はニュートリノに絶えずさらされ​​ており、最もエネルギーの高いニュートリノがどこから来るのかを理解すれば、超新星や銀河系の中心にあるブラックホールなど、宇宙で起こる最もクレイジーな現象に対するまったく新しい見方が得られるかもしれません。

しかし、ニュートリノは検出が非常に難しいため、それを見るには洞窟や水中に巨大な実験装置を建設する必要がある。今日、240人からなる立方キロメートルニュートリノ望遠鏡共同研究グループ（KM3NeT）は、地中海の深海に建設される史上最大の実験装置をどのように構築するかについての最新の計画を発表した。

「ニュートリノは相互作用が弱いため、理想的な宇宙のメッセンジャーです。つまり、簡単には止められないのです」と、KM3NeTの広報担当者マールテン・デ・ヨング氏はポピュラーサイエンス誌に語った。 「私たちは今、異なる手段で宇宙を見ることができるのです。」

2011 年にニュートリノが光速よりも速く移動していると誤って測定された実験の大失敗から、ニュートリノについて聞いたことがあるかもしれません。ニュートリノは電子と同じグループに属しますが、電子とは異なり、電磁力とはまったく相互作用しません。粒子物理学の世界では、力とは、4 つの言語のいずれかで粒子間で送信される一連の規則を含むメッセージにすぎません。ニュートリノは主に弱い核力の言語で送信されたメッセージを読み取り、読み取れない電磁気メッセージは無視します。

ニュートリノには重要な情報がたくさんあります。KM3NeT は、地球に衝突する超高速粒子である宇宙線の中で、特に最高エネルギーのニュートリノを探しています。ニュートリノがどこから来たのかはまだわかっていませんが、超新星や銀河の中心にあるブラックホールのような奇妙なものなのではないかとひそかに疑っています。宇宙線は宇宙を飛ぶときに分裂します。陽子などの一部の粒子の進路は、宇宙の磁場を通過するときに曲がります。これらの陽子が来た方向を見ると、その発生源を見ていることにはなりません。ニュートリノは磁場と相互作用しないので、ニュートリノがどこから来たのかがわかれば、宇宙線が実際にどこから来たのかがわかります。南極のアイスキューブやロシアのギガトンボリューム検出器など、ニュートリノ検出器は他にもあるが、KM3NeTは最大のもので、他の2つでは監視されていない空の一部を観測することになる。

この実験は、検出器を収めた数キロメートル立方体のガラス球のネットワークで構成され、各球はケーブルで他の球とつながっている。各キューブは地中海の海底近くの3か所のいずれかに設置される。最初のセットはフランスとイタリアの沖合に、そして最終的にはギリシャの沖合にもう1つ建設される。ニュートリノの進路を見るためにはキューブの大きさがこのくらい必要であり、検出器が迷光に惑わされないように真っ暗な海の奥深くに設置する必要がある。また、キューブは地球に向かって下向きになっているため、地球を貫通する最もエネルギーの高いニュートリノ、つまり宇宙線からのニュートリノに主に焦点を合わせることができる。さらに、ニュートリノが地球を貫通する方法から、質量など、より重要な情報が得られるかもしれない。

ニュートリノの重さはごくわずかで、重力でメッセージを送信したとしても、検出器で読み取るには小さすぎます。弱い力のメッセージはほんの一瞬で消えてしまうため、実験ではそれを読み取ることもできません。KM3NeT 実験では、ニュートリノが弱い力のメッセージを検出器内の原子に送信するのを待ちます。ニュートリノのメッセージは、原子に非常に高エネルギーの粒子を吐き出すように指示するもので、この粒子は電磁気メッセージを送信できます。ガラス球は、粒子が水中を移動するときの電磁気メッセージをかすかな青い光の点として認識します。実験では、各球の点を再構築することで、ニュートリノがどこから来たのか、どの経路をたどったのかを再構築できます。

「もし空にニュートリノ[発生源]を観測したら、まったく新しい研究分野が生まれることになる」とデ・ヨング氏は言う。「私にとっては天国のような話だ」

このグループは、物理学者が地中海にある別のニュートリノ望遠鏡である小型のアンタレス検出器から得た情報を基に構築している。KM3NeTグループはこれまでに3100万ユーロを費やしており、望遠鏡全体の完成にはさらに9500万ユーロかかる。ジャーナル・オブ・フィジックスG：核および粒子物理学に掲載された最新の論文によると、望遠鏡全体は2020年までに完成する可能性がある。

他の物理学者たちもこの実験を心待ちにしている。「彼らは素晴らしい立場にいる」と、ジャーナル・オブ・フィジックスGの編集者で理論物理学者のバリー・ホルスタイン氏は言う。「これは素晴らしいアイデアだと思うし、彼らが何を生み出すのか楽しみだ」