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宇宙と素粒子の誕生と進化、そして未来まで

もともと宇宙創成の瞬間は、現在知られている強い力、弱い力、電磁気力、重力の4つの力が統一されており、宇宙の進化とともに宇宙の温度が下がり、力が分化していったと考えられています。宇宙年齢にして10-38秒後、エネルギーにして1016GeVの世界を支配する大統一理論は、そのエネルギーの高さから、衝突型加速器実験で直接調べる事は不可能である一方、ハイパーカミオカンデでは、陽子崩壊を探索することにより、直接大統一理論を検証することができます。もし陽子が壊れることになれば、我々人類も含む宇宙の万物が寿命を持ち、いつかは壊れてしまうことを意味します。

さらにニュートリノのCP対称性の破れなどの性質解明に加え、宇宙の重い元素の生成場所である超新星爆発や太陽から飛んでくるニュートリノの観測を通して、生命誕生にも関係する宇宙の進化の謎に迫ります。 写真

超大型水チェレンコフ観測装置が可能にする宇宙進化の謎の解明と大統一理論の検証

巨大検出器により、スーパーカミオカンデの100年分のデータがハイパーカミオカンデでは約10年で得られることになります。そのため、これまで見えなかった素粒子のまれな現象や、対称性のわずかな破れの測定が可能になります。

CP対称性の破れの測定

写真加速器ニュートリノビームと反ニュートリノビームの振動を観測することにより、ニュートリノのCP対称性の破れ(粒子と反粒子の違い)の測定をします。
今の宇宙は我々人間や星なども含む「物質」に満ちあふれ、「反物質」は見当たりません。この物質と反物質のアンバランスは、ニュートリノのCP対称性の破れが種になっているとする有力な仮説があり、その謎にせまります。


ニュートリノ質量の順番の決定

写真これまでのニュートリノ振動の観測から、3つのニュートリノ質量の差の大きさは測定されました。ただ太陽ニュートリノを構成する2つのニュートリノ質量が3つ目の質量より重いのか、軽いのかはまだわかっていません。ニュートリノの質量の順番を決定することは、CP対称性の破れの測定の精度を高め、ニュートリノが粒子と反粒子の区別がないマヨラナ粒子かどうかを明らかにするための手がかりにもなる大事な研究課題となっています。


宇宙ニュートリノの観測

写真太陽から来る太陽ニュートリノ、地球上の大気でできる大気ニュートリノ、超新星爆発からのニュートリノなどの自然ニュートリノを用いて、ニュートリノの性質を調べると共に、太陽エネルギーが放出される仕組みや、超新星爆発によって重い元素が作られた宇宙の歴史を明らかにします。人類存在の鍵となる素粒子や天体、宇宙の歴史に新たな知見をもたらすことが期待されます。


陽子崩壊探索

陽子崩壊陽子が永久に安定して存在するのか、またはより軽い素粒子に壊れてしまうのか、は素粒子物理学の大きな問題の一つです。素粒子の大統一理論では、陽子が壊れることを予言しています。我々は世界最高感度の実験装置を用いて、世界初の陽子崩壊の発見と新たな素粒子物理学の枠組みの開拓を目指します。