「ニュートリノに質量がある」は私たちの生活にどう関係ある？

アイキャッチ画像元：日本科学未来館のカミオカンデより

どうも、しゃしゃ。

ノーベル物理学賞を東京大学教授の梶田隆章氏が受賞。

おめでとうございます。

ニュートリノにも質量があることがわかり、
宇宙にある全ての物質は質量を持つことがわかりました。

「ニュートリノに質量があるからって、何の役に立つの？」
意見がちらほら出ていたのですね。

確かに自分らの生活に直結しない分野なので、
「役に立たないものを発表されても……」思う気持ちはわかります。

この問いかけに考えてみたいなと思い、記事にしました。

ニュートリノって？

ニュートリノは物質を構成する粒子(波としての要素もあり)の一つ。
原子や分子よりも小さい素粒子であり、
第一世代の電子、第二世代のミュー、第三世代のタウと、三種類に分かれています。

同位体(原子番号が同じで、中性子の数が異なる原子)のようなものですね。
高校物理だと原子と原子核に出る分野です。

電磁気力を持たず、どんな物質もすり抜け、観測が大変。
電磁気があると、磁石や電気(+-)を用いれば簡単に測定できます。
また地球は「重力」があり、質量落下などの観測もできるのです。

しかしニュートリノはこれらが働かない。
非常に弱い力しか働かず、電磁気も通用しないので、
特別な施設をつって実験するほかがない。

そこで岐阜県飛騨市神岡町を結ぶ実験装置を作った。
スーパーカミオカンデです。
(同時受賞したアメリカ人のマクドナルド氏。カナダの鉱山に実験施設を作った)

カミオカンデという名称はニュートリノを初めて見つけた人が梶田氏の師匠に当たり、
2002年に受賞した小柴昌俊教授によって、私たちに知られるようになりました。

※ 同時受賞した当時サラリーマンの田中耕一氏が目立ちましたね。
サラリーマンでもノーベル賞が取れるのか。びっくりしました。

宇宙から降り注ぐニュートリノが水に落ちると、弱い光を発生します。
光を解析すると、ニュートリノの振る舞いがわかった。

今回梶田氏が行った方法は、
ニュートリノは電子、ミュー、タウの三つがあり、
大気中に散らばるニュートリノを観測したところ……

ミュー型が理論値より少ないことから、
ミュー⇒電子、あるいはタウに変わった？
電子⇒ミューに変わったのでは？

飛んでいる元のニュートリノが何かしらの原因で、
別のニュートリノ(電子⇒タウなど)に変わる状態を、
振動と呼んでいるそうです(追記参照)

(振動といえば物理だと波に出てくる波形です。
あるいは力学-円運動分野の単振動です。

運動方程式は「質量」×「加速度」⇒「力」
運動方程式を空間で積分するとエネルギーと仕事の関係に、
時間で積分すると力積と運動量の関係になります)

振動原因は質量が違うから。
ニュートリノが大気中から計測装置にたどり着くまでの間、
何かしらの反応が起きてしまい、ニュートリノに変化が生じた。

結果、地球含めて宇宙空間は見えない、
計測できない物体も質量があるとわかった。
 

ニュートリノ振動なのに震えない？

改めて振動と質量などについて分かったことを載せていきます。
ニュートリノ振動は上記の図のように、ぶるぶる震えるものではない。

ここを勘違いしていたわけです。
あるニュートリノが別のニュートリノに変わることを、
ニュートリノ振動と呼ぶのです(単なる振動ではない)

また、質量があるということは運動量保存則が存在する。
物体が弾性衝突でない限り、力学的エネルギーが失われます。
(弾性衝突:二つの物体が衝突したとき、物体が跳ね返ること)

衝突前力学的エネルギー　-　衝突後エネルギー
＝摩擦や熱などに変わった、失われた力学的エネルギー

ニュートリノ同士が衝突し、力学的エネルギーが別の仕事に変わり、
宇宙はあるところで膨張をやめてしまう。
(質量がないと、宇宙は永遠に膨張を続ける)

死に体になった宇宙は鉄の塊と化すらしいです。

また、ニュートリノにおいて小林益川理論と呼ばれる標準模型。
2008年に発表された理論では、ニュートリノの質量が0だった。

それが梶田さんらの研究で覆った。物理学の常識が生まれ変わり、
新たな物理学の誕生につながるのです。

参照：スーパーカミオカンデについて

国立科学博物館：小柴教授

高校物理：単振動って何？

小林益川理論(キッズサイエンス)

ニュートリノの大きさ

ニュートリノで探る宇宙と素粒子を読んだ

12月10日、ニュートリノで探る宇宙と素粒子を読んだところ、
振動の意味がやっと分かりました。
ニュートリノを出したとき、違うニュートリノ同士で「うなり」が発生する。

うなりとは二つの振動数が異なる音を出したとき、生じる差の振動数をさします。
(下記の動画を開けばわかる)

振動数の逆数が周期となっており、波も単振動の一つであるから、
周期は2π√(m/k)とあらわすことができます、

ルートの中に質量÷ばね定数(に相当するもの)が入っており、
ニュートリノは波としての性質も持ちます。
質量がすべて同じなら、周期が等しくなり、振動数の違い事うなりは生じない。
しかし計測したところ、うなりが出てしまった(振動数の違う波が出た)

より詳しいことを知るならニュートリノで探る宇宙と素粒子を読んでみてね。

梶田隆章氏が一般の人にわかるよう、かみ砕いて書いてあるんだけど、
高校物理の力学・波動・原子+地学の天文分野は最低でも勉強していないと、
読んでもつまらない・わからないと思います。

ニュートリノがどう生活へ直結？

※　ニュートリノ実験ってこういうこと？

「ニュートリノに質量があるのはわかった。
ただ、それを見つけたから私たちの生活に何か変化あるの？」
きっかけはこちらのスレッド。

スレ：ノーベル賞のニュートリノ研究、民主が「事業仕分」した施設

一見ニュートリノの発見は物理や宇宙に関係ない人からすると、
別にどうでもよい分野になります。

これは「勉強が何の役に立つの」と全く同じ質問です。
点でしか見ていないと、私たちの生活に役立つものはない。
別の側面から見ると、以下の変化が考えられるのです。
ここでは「面」として見ていきましょう。

違う分野へ応用

別分野に応用することで、
何かしらの形で商品となり、私たちの生活に直結するでしょう。
実現化に時間はかかります。

ニュートリノに質量があるとわかった。
ニュートリノは素粒子であり、組み合わせることで原子を作ります。
すなわち原子を変える可能性や、新しい原子を創れるでしょう。

良いほうで見るとウイルス退治につながり、
悪いほうで見ると争いの道具を生み出してしまうのです。

ウイルスも基本、たんぱく質を中心とした化学元素の集まりです。
私たち人間だって複雑な化学反応を元に成り立っています。

ニュートリノレベルで原子を変える装置を作ると、
ウイルスに備わっている原子を少し変えてしまい、
有害から無害になる可能性を生み出します。

反対に無害から有害にすることもでき、
ニュートリノを発射する銃が発明されると、人の始末にも使われるわけです。

もちろん、これは私の妄想です。
ただ、技術の進歩は良い意味でも悪い意味でも発達します。

応用例：光センサー

※　光センサー型コンセント

ひるおびという番組でノーベル賞を扱っていました。
ニュートリノに関する実験をするうち、様々なデータを得ます。

ニュートリノ以外にも、光や原子などに関するデータも得る。
そこにある会社の人たちが実験を見学することで、

「あ、ここにあれを使ってみたらどうだ」

発想が生まれ、結果として商品が生まれた。

オーム電機(OHM) S-OCDSTM7A [防雨型 光センサータイマーコンセント 700W]
※クリックすると、上記画像を販売するページに飛びます。

光センサーはニュートリノ観測にも使われています。
実験器具として開発したものが、別の分野と組み合わせると、
素晴らしい器具を生み出すのです。

そこがわからないと、民主党時代のように仕分けされ、
予算を縮小されるか、実験そのものが中止となります。
結果、新しい商品開発を失われるか、他国に取られるか……

(自分たちの範囲で役に立つ、立たないで決めると危険です。
何しろ自分たちはともかく、他人にとっては役に立つものだから)

思考の抽象化と多様化

最後が情報分野の抽象化です。
ニュートリノに質量が持つかどうかわからないまま研究を進めるより、
わかって研究を進めたほうが、時間を大幅に短縮できます。

教授が学生に物事を教える場合、
ニュートリノを知っているのと知らないのとでは、
どちらがより物事を短縮して、深い内容を教えることができます？

ニュートリノを知っているほうが、
ニュートリノを元にした深い理論を説明できると考えます。

ほかに、ニュートリノを通して物理分野を勉強する。
すると、脳の中に「物理脳」ができます。

ただ入れるだけでは自然と衰えるのですが、
ほぼ毎日物理の勉強をすることにより、
今起きている物事を「物理脳」で考えるのです。

例えば私は湿疹があります。湿疹は生物や医学の分野です。
これを物理分野で考えてみる。

どのような化学反応が起きているか？
湿疹が起きる前はどのような行動をとっているか？
起きるときはどんな物理現象が働いているか？

物理の側面で考えるようになります。
別に考えたからと言って、それで問題が解決するわけではない。

しかし、みんなが「医学」の方向からしか見ない中、
「物理」という別の方向から見ることにより、
当たり前すぎて素通りしていた重大な情報に気づきやすい。

重大な情報をカギとして、
徹底的に追求すると、何かしらの成果を得ると考えています。

そのほかの応用

ニュートリノが解明されることによって、
どのようなメリットがあるか、ほかの方が述べていました。
一部を載せていきます。

・核実験を行った際、時と場所がつかめる
・核を超えるエネルギーの手がかり
・ニュートリノ通信を行うことで、圏外がなくなる
(地下でも惑星でも普通に交信可能)

点と面の違い

物事を考える際、点だけで考えると自分にとって役に立つものより、
役に立たないものばかりだと気づきます。
点は自分にとって直接利得が入るかどうかを決定づける行為です。

自分にとって関心のあるものは考えても、
関心のないものは一切考えないのですね。

一方、面は様々な視点から考えていき、
最終的に自分にどうつながっていくかを考えるのです。

点も面も共通する事柄として、
「自分の生き方に何かしらの形でつながる」
と、意識することです。

点で考える例；ニュートリノと第N次世界大戦
因果や相関といった「関係性」はない

面で考える例：
某国がニュートリノで原子を組み替え、人を始末する銃を開発
⇒ニュートリノ銃を規制する法律を世界各国で創ろうとする
⇒このとき、ある国で株価暴落が発生
⇒世界が暴落に巻き込まれ、大混乱へ
⇒大混乱を利用して金儲けをする国がニュートリノ銃を使わせる
⇒小さな場所で争いが起き、代理戦争へ
⇒違う国同士で争いが起きる……
⇒いつの間にか世界各国で争いが発生
⇒第N次世界大戦へ

このような背景があり、ニュートリノと戦争は関係があると結論。
※これは私が創ったお話です。本気で捉えないでくださいね。

もし経済大混乱時に冷静になる人が多く、
金儲けする連中のたくらみに気づいて政府(+国民)
が対応できていれば、防げたかもしれません。

少なくとも日本は国民の意見を政府に伝えることができます。

首相官邸HP:ご意見ご感想について

面を意識するには？

上記の例にあるように、面として物事を考えると、
一見関係ない事柄もつながりが見えてきます。

面として考えるために必要なこととして、
世の中を空間+時間+感性で考えること。

空間は今、世界や自分の身の回りで何が起きているのか？
ニュースを読めば、何が起きているかわかります。

時間は過去と未来の視点から見ること。
「こういう未来が現実となるだろう」をはじめに立て、
現実と未来の差を埋める方法が一つ。

もう一つは過去の情報を分析し、
「未来」をある程度推測すること。

ただし未来を予測する際、
情報や技術の発達で簡単に覆ります。

例えば日本外交は基本、弱く控えめに振舞おうとしていた。
少しでも強気に出るとマスコミが攻撃をする。
結果、政治家としての命が危なくなって、強気になれなかった。
他国も日本を研究しているため、そこを利用した。

けれどネットの発達によって、マスコミが仕掛けた攻撃や嘘が明らかとなり、
他国が仕掛ける戦略も様々なニュース通してわかった。
朝日新聞が良い例ですね。

最後に想像。見えない、言語にできない情報をつかむのです。
つかむには「危機意識」と「当事者意識」を持つ。

危機意識の例として、台風時に海に行くこと。
高確率で危険な目にあいますよね。

もう一つは当事者意識を持つ。
例えば誰かが失態をやらかした際「あいつは愚かだなあ」と思わずに、
「あいつのようになっちゃだめだ」

自分も似たことをやらかすかもしれないと考え、
今後自分がやらないために危機意識を持つ。

当事者意識を持つようになると、
世界や人の機微に気づきやすくなります。
また、自分の元に入る情報は今後の生き方に関わると意識します。
内側から自分を変えていくのです。

面で考える癖をつける

世の中、自分には関係のない事に関して、なんでやらなくてはいけないのか？

考えてしまいがちです。
しかし、今という時間軸だけで見るのでなく、未来という時間軸を取り入れて考えることで、
今それを持っておけばどんな考え方ができるか？

何かしらの役に立つと思っているのです。
たとえ無駄だと心の中で思っても、勉強すると何かしらの役に立つと思います。

Megabe-0(めがび)

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こんな応用もあるから、無駄じゃありません。だからいろいろ勉強しよう。