ノーベル賞の「氷の望遠鏡」 何とも反応しない粒子をどう見るのか

2026年のノーベル物理学賞が10月6日に発表され、米ウィスコンシン大学マディソン校のフランシス・ハルツェン教授（82）が単独で受賞した。スウェーデン王立科学アカデミーが挙げた理由は、南極の氷の中に作られた「アイスキューブ・ニュートリノ観測所」への決定的な貢献と、宇宙から来る高エネルギーのニュートリノの発見である。

ニュートリノは、物質をほとんど素通りしてしまう粒子だ。米物理誌フィジックス・トゥデイによれば、毎秒何兆個ものニュートリノが人の体を通り抜けている。それでも、痕跡は何も残らない。

痕跡を残さないものを、どうやって見るのか。

お湯で穴を開け、センサーを5160個沈めた

作り方は単純である。南極点の氷に、太さ10センチのホースで高圧の熱水を送り、氷を溶かして穴を開ける。掘る速さは毎分2メートルほどだった。こうして86本の穴を作った。

そこへ、直径13インチ（約33センチ）のガラス球に収めた光センサーを、1本のケーブルに60個ずつ取り付けて沈めていく。1本を沈め終えるのに平均11時間かかった。水で満たされた穴は、すぐに凍り始める。センサーは、深さ1450メートルから2450メートルまでに並び、合計5160個になった。

レンズも鏡もアンテナもない。氷そのものが、望遠鏡の本体である。場所が南極なのは、深い氷が非常に透明で、ほかからの干渉を受けず、地震もないからだ。科学技術振興機構のサイエンスポータルと王立科学アカデミーが、そう説明している。

見ているのは、氷の中を走る青い光

ニュートリノは、何とも反応しないわけではない。ごくまれに、氷の中の原子核とぶつかる。

ぶつかると、電気を帯びた別の粒子が生まれる。その粒子は、氷の中を進む光より速く走る。このとき青い光が出る。チェレンコフ光と呼ばれる光だ。

5160個のセンサーは、この光が自分のところへ届いた時刻を記録し、地上の建物へ送る。時刻の細かさは、1個あたり1.2ナノ秒（10億分の1.2秒）ほどだ。センサーごとの時刻のずれを並べると光の模様ができ、そこから、元のニュートリノが飛んできた方向とエネルギーが分かる。

つまり、ニュートリノ自体は誰も見ていない。見ているのは、ニュートリノが氷の中に一瞬だけ残した青い足跡である。ぶつかる確率が小さすぎるので、待ち受ける氷が1立方キロメートルも必要になる。

構想から完成まで23年

ハルツェン氏がこの構想を示したのは1988年。着工は2004年、完成は2011年だった。太陽系の外から来た高エネルギーのニュートリノをとらえたという発表は2013年、放射源の天体を初めて特定したという発表は2018年である。参加するのは14カ国58機関の450人を超える研究者で、日本の機関は千葉大学ハドロン宇宙国際研究センターだけだ。

同センター長の吉田滋教授は6日午後、千葉市稲毛区の千葉大で記者会見し「誰も見たことのない宇宙を垣間見ることができた。大変うれしい受賞」と述べた。2002年に参加した当時は「周りは反対した。半信半疑だった」という。

南極の氷の底で光を待っている5160個のセンサーの中身は、浜松ホトニクスという日本の会社が作る、直径10インチの光電子増倍管である。