4月 19, 2024

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日本は山をくりぬく

日本は山をくりぬく

このビデオのナレーションと司会はフレッド・ミルズが担当しています。

日本の片隅に素晴らしい建物が建設されています。 費用は5億ドル以上で、世界最大規模です。 20年以上開発が進められており、高さは80メートル、幅は70メートル近くあります。

しかし、そう簡単には見つけられないでしょう。なぜなら、この巨大な建造物は地形の奥深くに隠されているからです – 文字通り – 完成すると、それは地球上の他のものとほとんど同じになります。

私たちの宇宙は、クォーク、ボソン、そしてその中で最も小さなニュートリノなどの小さな素粒子で構成されています。 ニュートリノは奇妙な振る舞いをします。 彼らは宇宙を飛びますが、他の物体と相互作用しません。 何十億ものそれらが、あなたに害を及ぼすことなく、あなたの体の中を絶えず移動しています。 それがどのように起こるのかを理解できれば、宇宙についての考え方が根本的に変わるでしょう。

その上: 宇宙はニュートリノのような小さな素粒子で構成されています。

しかし、ご想像のとおり、宇宙で最も小さな粒子を検出するのは非常に困難です。 それらを検出する 1 つの方法は、大きな粒子を高速で衝突させ、反応を記録することです。 それがCERNの大型ハドロン衝突型加速器で起こっていることだ。

それらに気づくもう 1 つの方法は、ただ聞くことです。これは簡単なことのように思えます。 理想的には、人里離れた静かな場所が必要です。 幸いなことに、日本はそれが得意です。

日本アルプスに抱かれた小さな町、神岡には、東京大学が主導し、21 か国の研究者が支援する 6 億ドルの科学実験、ハイパーカミオカンテの本拠地である二重湖山があります。

その上: ハイパーコミオコンテの完成時の断面図。 画像提供:東京大学

完成すれば、世界最大のニュートリノ実験室となり、日本の建設業界にとって驚くべき成果となる。 しかし、ハイパー コミオコンテは信じられないほど素晴らしいものですが、実際にはこの種の作品が初めてというわけではありません。 実際、この地域ではこれが初めてではありません。

神岡周辺の地域は亜鉛鉱山産業で知られており、1983 年に神岡初の核分裂実験 (略してカミオカンデ) の開発に貢献した地元の鉱山会社の専門知識が活かされています。 その成功は、1996 年のスーパー カミオカンデの創設と、現在建設中のハイパー カミオカンデにつながりました。

最新の検出器は、岩石に彫られた大きな円筒で構成されており、上部の進入トンネルと下部の二次トンネルによってアクセスされます。 高さ 88 メートル、幅 69 メートルで、ボーイング 747 が丸ごと直立して収まるほどの大きさです。

ハイパーカミオガンテの計画は 1999 年に遡り、20 年以上の開発期間を経て、2021 年 5 月にアクセス トンネルの工事が始まりました。 ドリルと発破工法を使用して、わずか 9 か月をかけて 2 キロメートルのアクセス トンネルを掘削し、コンクリートを吹き付けて滑らかで安定した表面を作りました。

この参道トンネルは展望台の屋上となる中心部に通じています。 この天文台は山頂から 681 メートル下に位置しているため、上の岩の巨大な重量に耐えるように鋼製のトラスで補強されたドーム構造が作られています。

2023年10月に完成し、現在チームはプロジェクトの次の段階に着手しており、71メートルの岩石を爆破して天文台が設置される巨大な洞窟を造っている。

その上: 完成したドーム構造。 画像提供:東京大学

この岩は建設作業員にとって重労働だが、そのおかげでこの場所はニュートリノ検出には最適な場所となっている。 この岩石の密度は、海面下 1.7 キロメートルにある天文台に相当します。 惑星全体を簡単に通過できるニュートリノには問題ありませんが、この実験を台無しにする可能性がある宇宙線やその他の背景放射線からはよりよく遮断されます。

掘削は2025年に終了しますが、それまでに素粒子を発見するまでにはまだ長い道のりがあります。 まず、洞窟の内部は防水層を主体としたコンクリートの2層で覆われています。 なぜなら、この洞窟は世界最大の水槽になるからです。

完全防水のこの巨大な洞窟には、2 億 6,000 万リットルの水が注入されます。これは、シーワールド アブダビにある世界最大の水族館のほぼ 4.5 倍のサイズです。

その上: ニュートリノはハイパーカミオカンデを通過し、チェレンコフ放射線を生成します。 画像提供:東京大学

ニュートリノがタンクを通過する際、時折電子と衝突し、チェレンコフ放射と呼ばれるかすかな光を発します。 この構造はこの放射線を監視するように設計されていますが、そのためには別の重要な機器も必要です。

洞窟内には 40,000 個の光検出器が並んで建てられています。 これらのセンサーは、設置されると、チェレンコフ放射線から発せられるかすかな光の痕跡を記録する巨大なカメラとして機能します。

その上: 一連の光検出器は、ハイパーコミオコンダクタンス用に開発されています。 画像提供:東京大学

スーパー カミオカンデの光検出器は非常に感度が高く、月で使用される懐中電灯からの光を検出できます。 ハイパーカミオカンデ用に開発されているセンサーは感度が 2 倍で、260,000 トンの水の巨大な重量に耐えるように設計されています。

建設は2026年に完全に完了する予定で、ハイパーカミオカンデは2027年までにニュートリノの検出やその他の実験を開始する予定だ。

これらはすべてすばらしいことですが、問題は「素粒子物理学は私に何をもたらしたのでしょうか?」ということです。 そう考えても許されるかもしれない。 医療スキャンを受けたことがある方、または腫瘍と診断されたことがある方は、素粒子物理学に感謝する必要があります。

この分野は医学の進歩にも貢献し、エイズやその他の無数の薬の治療法を私たちに提供してきました。 また、流体力学の理解が深まり、長距離のパイプラインと正確な天気予報が可能になりました。また、ティム バーナーズ リーが素粒子物理学者のチームのために新しいシステムを迅速に開発したことも忘れてはなりません。 効率的に情報を共有するためのシステムです。この記事を読むことができます。

これは間違いなく誇大広告に応える科学実験であると言っても過言ではありません。

このビデオのナレーションと司会はフレッド・ミルズが担当しています。 追加のビューと画像はご厚意によるものです 東京大学 ICRR 神岡研究室 / 株式会社 NHK エンタープライズ

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