中国の巨大地下ニュートリノ観測所「JUNO」が初の観測結果を発表

中国科学院高能物理研究所(IHEP)が主導する国際共同プロジェクトである江門地下ニュートリノ観測所(JUNO)が、建設完了からわずか2カ月という短期間で最初の物理結果を発表しました。中国南部の広東省にある丘陵地帯の地下700メートルに建設されたこの巨大な実験施設は、これまでの実験精度を大きく凌駕する成果を上げ、素粒子物理学における長年の謎を解明するための重要な一歩を踏み出しました。

[2511.14593] First measurement of reactor neutrino oscillations at JUNO
https://arxiv.org/abs/2511.14593

JUNO Neutrino Observatory Releases First Results | Scientific American
https://www.scientificamerican.com/article/juno-neutrino-observatory-releases-first-results/

JUNOの検出器は、素粒子ニュートリノを捉えるために設計された世界最大級の装置です。実験の中心となるのは直径35.4mのアクリル製球体で、その内部には2万トンもの液体シンチレーターが満たされています。液体シンチレーターは荷電粒子が通過した際に微弱な光を発する液体で、この球体を取り囲むように、約1万8000本の20インチ光電子増倍管(PMT)と約2万6000本の3インチ光電子増倍管が配置されており、これらが液体シンチレーター内で発生したわずかな光を検出します。

さらに、検出器全体は直径43.5メートル、深さ44メートルの円筒形プールの中に沈められており、外部からの放射線ノイズを遮断するために超純水で満たされています。

この検出器は、約53km離れたところにある陽江原子力発電所と台山原子力発電所から放出される反電子ニュートリノを観測対象としています。反電子ニュートリノが液体シンチレーター中の陽子と衝突すると、逆ベータ崩壊と呼ばれる反応が起こり、陽電子と中性子が生成されます。この際、陽電子が発する信号と、中性子が水素原子核に捕獲された際に発する信号を時間差で検出することで、ノイズの中からニュートリノ反応を高い精度で選別します。

また、JUNOでは宇宙線ミューオンによるバックグラウンドノイズを除去するために、水チェレンコフ検出器やトップトラッカーと呼ばれる装置も併用されており、極めて純度の高いデータ取得が可能となっています。

2025年8月26日から11月2日までの間に取得されたデータを用いた解析により、JUNOは「太陽ニュートリノ振動パラメータ」に関して世界最高精度の測定結果を得ることに成功しました。ニュートリノ振動とは、ニュートリノが飛行中にその種類を変える現象のことで、この現象を記述するためには混合角や質量二乗差といったパラメータが必要になります。

これまで、太陽の核融合反応で生成される「太陽ニュートリノ」の観測から得られたデータと、原子炉の核分裂反応で生成される「原子炉ニュートリノ」の観測から得られたデータの間にはわずかな不一致が指摘されており、未知の物理法則が存在する可能性が示唆されていました。JUNOの今回の測定結果はこの不一致を再確認するものであり、今後さらにデータを蓄積し、太陽ニュートリノと原子炉ニュートリノの両方を同一の検出器で測定することで、このズレが統計的な誤差なのか、あるいは標準模型を超える新しい物理現象によるものなのかを検証できると期待されています。

JUNOの最大の目標は、3種類のニュートリノの質量順序を決定すること、すなわちニュートリノの質量状態のうちどれが最も重いのか、あるいは最も軽いのかを確定させることです。今回の初期成果は、JUNOが1MeVあたり3％という設計通りの極めて高いエネルギー分解能と検出感度を持っていることを実証しており、今後約30年にわたる運用を通じて、質量順序の決定や陽子崩壊の探索、超新星ニュートリノの観測など、素粒子物理学と宇宙物理学の両面で画期的な発見をもたらすことが確実視されています。