宇宙是什么

9. 从东海村向神冈发射中微子束！

  “太阳中微子问题”就这样得以解决后，在解决该问题的启发下，一种关于“反物质消失之谜”的新构想浮现出来。

  如前文所述，小林-益川理论无法完全解释为什么物质比反物质稍多的问题。这意味着，即使着眼于夸克与反夸克也无法解开该谜题。

  这样的话，如果我们把目光转移到中微子与反中微子身上，情况会如何呢？与夸克与反夸克相比，中微子与反中微子之间可能会出现更大程度的对称性破缺。这样的话，我们或许能发现与“十亿分之二”相关的线索。该理论的提出者，是IPMU的福来正孝和柳田勉，他们是我非常敬重的物理学家。

  夸克存在CP对称性破缺，这早在1964年就为我们所知。但是，中微子是近期才被发现的粒子，我们还不清楚它是否也存在CP对称性破缺。因此，我们需要先研究中微子与反中微子在活动上是否存在区别。如果发现了它们的区别，就能创造解释这种现象的理论，然后再用中微子去解释物质与反物质之间的“十亿分之二”的差别。

  目前，日本正在规划能详细调查中微子活动的实验。以太阳的中微子作为研究对象会花费太多的时间，所以该实验计划直接在地球上制造中微子来观察。不过，要想观察中微子的“味”的变化，需要让中微子飞行足够的距离。因此，从茨城县的东海村向岐阜县的神冈发射中微子束的实验计划，便应运而生。

  茨城县的东海村有新建的质子加速器。轰击质子可以生成大量的π介子，π介子衰变成μ子时，就会生成中微子。该实验就是把这样产生的中微子束发射到超级神冈探测器。

  由于超级神冈探测器位于地下，而且地球又是圆的，所以如果从东海村水平发射中微子束的话，中微子束将射向高空从而无法命中超级神冈探测器。因此，东海村这边的发射装置要向下方调整，改为向地面发射中微子束。另外，这些中微子到达超级神冈探测器后，并不会全都停下来。穿过超级神冈探测器的中微子，会在韩国附近射出地面。因此，如果能够在那里也建造检测设备的话，就能进一步提升该实验的精度。

  该实验目前处于预算没有着落的计划阶段 。由于该实验中也会发射反中微子束，所以应该也可以研究中微子的CP对称性。美国也正在计划实施相同的实验，但其中微子束的发射距离要更远。

  我们想知道的，并非仅是中微子的CP对称性破缺。中微子是否能够转换成反中微子，也是一个重要的问题。

  如果反物质可以少量地转换成物质，那么物质比反物质稍多的事实就比较容易能接受了。不过，任何人都没见过物质与反物质相互转换的现象。这种转换的阻碍是“电荷”。物质与反物质的电荷是相反的，带正电荷的物质不可能会变成带负电荷的反物质（因为这违背了电荷守恒定律）。

  不过，中微子是不带电的。即使中微子变成反中微子，也不会违背电荷守恒定律。

  如果能发现这种现象，那么我们就能解开反物质消失之谜。宇宙大爆炸生成了等量的物质与反物质，但中微子选取了少量的反物质，将其变成了物质。这部分物质，就是在宇宙中幸存下来的我们。

  前文曾提过，暗物质诞生于大爆炸的10^-10秒后。如果真是中微子让少量反物质变成了物质，那么中微子的诞生时间要比暗物质早很多。中微子诞生时的宇宙年龄约为10^-26秒。中微子不仅是“物质的起源”，还有可能是宇宙起源的关键所在。