北海道大学の研究により、ニュートリノと呼ばれるとらえどころのない粒子が、これまで検出されたことのない方法で、光子（光やその他の電磁放射の素粒子）と相互作用できることが判明した。北海道大学名誉教授の石川賢三氏と同僚の北海道科学技術大学講師の戸部井豊氏らの研究成果が、雑誌「PhysicsOpen」に掲載された。
「私たちの発見は、物質の最も基本的な粒子の量子力学的相互作用を理解するために重要です。また、太陽や他の星における現在よく理解されていない現象の詳細を明らかにするのにも役立つかもしれません」と石川氏は述べた。
ニュートリノは、物質の最も謎に満ちた基本粒子の 1 つです。ニュートリノは他の粒子とほとんど相互作用しないため、研究が非常に困難です。電気的に中性であり、質量はほとんどありません。しかし、それらは豊富にあり、膨大な量のニュートリノが太陽から、地球を通って、そして私たち自身を通って流れ出ていますが、ほとんど影響はありません。ニュートリノについてさらに学ぶことは、標準モデルとして知られる素粒子物理学の現在の理解をテストし、改良するために重要です。
「通常の『古典的』条件下では、ニュートリノは光子と相互作用しません」と石川氏は説明する。 「しかし、私たちは、ニュートリノと光子が、103キロメートルにも及ぶ非常に大きなスケールで均一な磁場中でどのように相互作用するかを明らかにしました。このような磁場が現れる場所では、星の周りの物質の形態はプラズマと呼ばれます。プラズマはイオン化した気体です。つまり、すべての原子が多かれ少なかれ電子を獲得し、地球上の日常的な条件下で中性の原子ではなく、マイナスまたはプラスに帯電したイオンになります。」
微弱電気ホール効果とその影響
研究者らが説明する相互作用には、電弱ホール効果と呼ばれる理論的現象が関係しています。これは極端な条件下での電気と磁気の相互作用であり、自然界の 2 つの基本的な力である電磁力と弱い力が結合して弱い電気になります。これは、初期宇宙の非常に高エネルギー状態または粒子加速器での衝突でのみ適用されると予想される理論的概念です。
この研究により、ラグランジュとして知られる、この予期せぬニュートリノと光子の相互作用の数学的記述が得られました。これは、システムのエネルギー状態に関するすべての既知の情報を説明します。
「私たちの研究は基礎物理学の理解に役立つだけでなく、コロナ加熱の謎の解明にも役立つかもしれない」と石川氏は語った。 「これは、太陽の最も外側の大気であるコロナが太陽の表面よりもはるかに高温になるメカニズムに関わる長年の謎です。私たちの研究は、ニュートリノと光子の間の相互作用がコロナを加熱するエネルギーを放出することを示しています。」
石川氏は締めくくりの挨拶の中で、「我々は今後も研究を継続し、特にこのような極端な条件下でのニュートリノと光子の間のエネルギー伝達について、より深い洞察を見出したいと考えている」とチームの願望を表明した。