微中子：挑戰物理學「最大之謎」，一本書讀懂諾貝爾獎的研究

規模浩大的微中子實驗
 
我叫做多田，請多多指教。
 
我目前任職於日本高能加速器研究機構的研究室，本部和我的辦公室位於茨城縣筑波市，但白天我會待在同樣位於茨城縣，距離75公里遠東海村的J-PARC實驗設施工作。
 
以下，我想要邊介紹該實驗設施進行的實驗，邊講解本次的演講主題微中子這個基本粒子，談談它究竟是什麼東西。
 
J-PARC是個複合設施，能夠同時進行複數實驗，其中我參與的微中子實驗被取名為T2K。實驗的概要如下：先在J-PARC人工生成微中子，將該微中子射向西方距離三百公里遠的岐阜縣神岡町，名為超級神岡探測器的微中子偵測器。因為是從東海村到神岡〈TokaitoKamioka〉，所以取名為T2K實驗。
 
在三百公里的飛行距離中，微中子會發生某種變化。本實驗就是透過觀測該變化，來調查微中子的性質。
 
如圖1所示，這不是一般關在實驗室裡進行的「實驗」，而是將地球本身當作實驗室的大規模實驗。能夠進行如此浩大的實驗，都多虧了稍後會詳細解說的微中子特殊性質。雖然這次不會深入提及J-PARC，但會稍微詳細說明基本粒子中的微中子性質，講解這個「變化」是什麼、具有什麼樣的意義，以幫助各位瞭解基本粒子物理學究竟在講些什麼。
 
自然界的結構
 
首先，先來談談什麼是基本粒子、什麼是微中子。
 
我所屬的單位是「高能加速器研究機構基本粒子原子核研究所」，專業是基本粒子物理學，由於接著要談的是世人不熟悉的領域，需要向初次聽聞的人說明「什麼是基本粒子」。自然科學分有各式各樣的領域，其分類方法之一是依據「處理概念的規模」來區分。以下試著將自然界分解為不同規模的階層吧。
 
從宇宙到人類
 
自然界中最大的概念是宇宙，人類能夠觀測的宇宙規模為1,000,000,000,000,000,000,000,000,000公尺，總共有27個零，龐大得無法想像。
 
那麼，宇宙是由什麼構成的呢？來試著分解宇宙的構成要素吧！
 
宇宙是由稱為銀河的概念所構成，研究宇宙、銀河的學問是宇宙物理學。