宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の概念はすでにご存知だろう。ベル研究所の電波天文学者2人組による偶然の発見は、天文学上の伝説となっている。過去数十年にわたり、ビッグバンや宇宙の起源に関する多くの洞察を提供してきた。しかし、もうひとつ、あまり知られていないが、同じように革命的となりうるバックグラウンド信号がある。宇宙ニュートリノ背景(CvB)は何年も前から提唱されてきたが、まだ見つかっていない。今回、イタリアのヴァレンナで開催された国際素粒子物理学学校が開催したニュートリノに関するサマースクールの一環として作成された、ブリティッシュコロンビア大学のDouglas Scott教授の論文では、もし最終的にCvBを検出することに成功した場合、どのようなことが分かる可能性があるかが論じられている。
この論文は気まぐれなスタイルで書かれており、arXivで公開されたため、正式に査読されるかどうかは不明である。しかし、高度な数学にも触れてはいるが、主にCvBの分析から我々が学べる可能性に焦点を当てている。
驚くことではないが、それらの事実の多くはニュートリノと大いに関係がある。Scott博士が序文で指摘しているように、我々はニュートリノについてまだ多くを知らない。なぜ3つのタイプがあるのか？ニュートリノは互いにどう違うのか？そして素粒子物理学者にとって特につらいことの一つは、ニュートリノの質量がいったい何なのかということである。
CvBは、これら3つの疑問すべて、さらには銀河形成やビッグバンそのものについての洞察を与えてくれるかもしれない。まず、ニュートリノの重さに取り組んでみよう。重さに関する最大の疑問の1つは，3種類のニュートリノの質量が「通常の」階層なのか「反転した」階層なのかということだ。この2つの状態によって3種類のうちどれが “最小”なのかが変わる。通常のヒエラルキーでは、3番目のタイプのニュートリノの質量は他の2つのタイプの質量よりもずっと大きく、それはほぼ等しい。逆階層では最初の2つのタイプの質量はまだ等しいが、3番目のタイプの質量よりもずっと大きい。
いったんCvBのデータが集まれば、天文学者はどちらの階層を仮定しても波形の予想される形を分析することができるが、どちらが観測データによく合うかを突き止めることができる。天文学的には簡単なことだが、データを集めるのはまだ難しい。しかし，もしニュートリノの等価質量を絞り込むことができれば，もう1つの基本的な宇宙論的パラメータ-ニュートリノの質量の総和-を計算できる可能性がある。
その長期的な目標はまだずっと先のことだが、CvBをより一般的に理解するだけで、より大きなスケールの疑問に答えることができるかも知れない。CvBの測定は，他の銀河などからのニュートリノによって複雑になることもある。もしわれわれがCvB自体のパラメータを理解すれば、信号のその部分を取り除くことができ、われわれの銀河以外の銀河から放出されたニュートリノをより詳しく分析することができる。その洞察があれば、銀河形成の初期段階、特に銀河が放出するエネルギー量に関するいくつかの仮定を証明したり反証したりすることができるだろう。
ニュートリノが暗黒物質に対する我々の理解から素粒子物理学に関する基本的な疑問まで、あらゆることに関与していることを考えると、1つ以上の学問分野が自分たちでこれらの因子を決定しようとしているのは自然なことだ。宇宙とともに作られたニュートリノからの偶然の衝突ではなく、粒子加速器での高エネルギー衝突に頼っている素粒子物理学者もまた、ニュートリノの質量を理解しようとしている。Scott博士は、CvBの秘密を解き明かそうとする天文学者と、このとらえどころのない粒子の特徴を一から解明しようとする素粒子物理学者との協力は有益だと考えている。イタリアの別荘で数週間を過ごし、それぞれの分野のニュアンスについて語り合うというのは、確かにその共同研究をスタートさせる素晴らしい方法のように思える。
論文
この記事は、ANDY TOMASWICK氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。
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