世界最大級ニュートリノ観測所JUNO稼働宇宙の謎に挑む中国・広東 - NewsTomo

地下700メートルで動き出した「宇宙の顕微鏡」

2025年8月26日、中国南部・広東省の地下およそ700メートルに建設された巨大なニュートリノ観測施設「JUNO（江門地下ニュートリノ観測所）」が、中心部に2万トンの液体シンチレータを満たし終え、本格的なデータ収集を開始しました。初期データからは、性能が設計値を上回っていることも示されており、素粒子物理と宇宙物理の両方にとって大きな一歩となっています。

JUNOとはどんな実験施設なのか

JUNOは、世界で初めての「超大型・超高精度」をうたうニュートリノ実験施設です。ニュートリノは物質とほとんど反応しないため、観測には大きな検出器と、背景雑音の少ない環境が必要になります。

そのためJUNOは、次のような特徴を持っています。

地下約700メートルに設置し、宇宙線などの雑音を大幅にカット
中心部に2万トンの液体シンチレータを満たし、わずかな光の信号も捉える高感度の検出器を構築
世界最大級の容積と、高いエネルギー分解能を両立したニュートリノ実験

2025年12月現在、正式な観測開始から数カ月が経ち、今後データが蓄積されるにつれて、本格的な成果の発表が期待されています。

そもそもニュートリノとは？

ニュースで名前を聞く機会は増えましたが、ニュートリノがどんな粒子かはイメージしづらいかもしれません。ニュートリノは、電子などと同じ「素粒子」の一種で、次のような性質を持ちます。

電気を帯びていない、とても軽い粒子である
物質とほとんど反応しないため、ほぼ何もなかったかのように物体を通り抜ける
太陽や超新星、宇宙線が大気とぶつかるとき、さらには地球内部の放射性崩壊など、さまざまな場所で絶えず生まれている

私たちの体も、毎秒無数のニュートリノに貫かれていますが、そのほとんどは何も起こさないまま通り過ぎていきます。だからこそ、たまに起きる「ごくわずかな反応」をとらえる巨大な観測所が必要なのです。

最大のテーマ「ニュートリノ質量順序」を決める

JUNOの中心的なミッションは、素粒子物理の大きな未解決問題の一つである「ニュートリノの質量順序（質量の並び方）」を決めることです。

ニュートリノには3種類があり、それぞれ質量が少しずつ異なります。ただし「どの種類が一番軽くて、どの種類が重いのか」という順番は、まだはっきり分かっていません。これが「ニュートリノ質量順序」の問題です。

質量の順番が分かると、次のような点で理解が進むと期待されています。

素粒子の理論モデルを絞り込み、標準理論を超える新しい物理の手がかりを得られる可能性
宇宙初期に、なぜ物質がこれほど多く残ったのかという「物質と反物質の非対称性」の謎に近づく手がかり

JUNOは、その超高精度な測定能力を活かし、この質量順序を決定することを目指しています。

太陽・超新星・大気・地球からのニュートリノを一斉観測

JUNOの魅力は、質量順序の決定だけではありません。この巨大な検出器は、さまざまな起源を持つニュートリノを同時に調べる「多目的観測所」として機能します。

太陽ニュートリノ：太陽内部での核反応を直接「のぞき込む」ことで、太陽の構造や核融合の仕組みの理解を深めることが期待されます。
超新星ニュートリノ：もし銀河系近くで超新星爆発が起きれば、大量のニュートリノが放出されます。JUNOはこの信号をとらえ、星が一生を終える瞬間の物理過程を詳細に調べることができます。
大気ニュートリノ：宇宙線が地球の大気とぶつかるときに生まれるニュートリノを観測し、ニュートリノが飛ぶ途中で種類を変える「振動」の性質をより詳しく調べます。
地球ニュートリノ：地球内部の放射性物質が崩壊するときに発生するニュートリノを通じて、地球内部の構造や熱の源についての理解が進む可能性があります。

このように、JUNOは宇宙の最も激しい現象から、私たちの足元である地球内部まで、幅広いスケールの情報をニュートリノを通じて集めることができる「新しい窓」となっています。