グランサッソ国立研究所

グランサッソ国立研究所
	LNGSの地上実験室の概要
設立	1985
研究の種類	素粒子物理学、原子核物理学
監督	エツィオ・プレヴィターリ（2020年10月～）
位置	ラクイラ,アブルッツォ州,イタリア; 北緯42度25分16秒東経13度30分59秒 / 北緯42.42111度東経13.51639度 / 42.42111; 13.51639
運営機関	歩兵連隊
Webサイト	翻訳：

グラン・サッソ国立研究所( LNGS ) は、世界最大の地下研究センターです。イタリアのグラン・サッソ山の麓に位置し、 INFNによる素粒子物理学の研究でよく知られています。研究所の地上部分に加えて、山の下には大規模な地下施設があります。最寄りの町はラクイラとテーラモです。施設はローマから約 120 km の場所にあります。

この研究所の主な使命は、天体素粒子物理学や核天体物理学の分野、および研究所の特性とインフラストラクチャを活用できるその他の分野において、低バックグラウンド環境を必要とする実験を主催することです。LNGS は、他の 3 つのヨーロッパの地下天体素粒子研究所 ( Laboratoire Souterrain de Modane、Laboratorio subterráneo de Canfranc、Boulby Underground Laboratory ) と同様に、調整グループ ILIAS のメンバーです。

設備

この研究所は、グラン・サッソ・モンティ・デッラ・ラガ国立公園内にある地上施設と、全長10kmのトラフォロ・デル・グラン・サッソ高速道路トンネルの隣にある広大な地下施設で構成されています。

LNGSでの最初の大規模な実験は1989年に行われ、その後施設は拡張され、現在では世界最大の地下実験室となっています。^[1]

3つの主要な円筒形ヴォールト実験ホールがあり、それぞれ幅約20メートル、高さ約18メートル、長さ約100メートルです。^[1]これらは、およそ3×20×100=6,000 m ² (65,000平方フィート) の床面積と3×20×(8+10×π/4)×100=95,100 m ³ (3,360,000立方フィート) の容積を提供します。より小さなスペースとさまざまな接続トンネルを含めると、施設の総面積は17,800 m ² (192,000平方フィート) と180,000 m ³ (6,400,000立方フィート) になります。^[2]^[1]

実験室は約 1,400 メートルの岩石で覆われており、宇宙線から実験を保護しています。約 3,400メートルの水当量(mwe) の遮蔽を提供するこの実験室は、最も深い地下実験室ではありませんが、鉱山エレベーターを使わずに車で行くことができるため、非常に人気があります。

研究プロジェクト

ニュートリノ研究

2006年8月下旬以来、CERNはCERN SPS加速器からミューニュートリノのビームを730km離れたグランサッソ研究所に送り、そこでOPERAとICARUSの検出器で検出し、ニュートリノ振動の研究を行っており、フェルミ国立加速器研究所からMINOS実験の結果を改善することになるだろう。

2010年5月、グラン・サッソ研究所所長のルチア・ヴォターノは、「OPERA実験は最初の目標、すなわちジュネーブからグラン・サッソ研究所への輸送中に発生したミューニュートリノの変換から得られたタウニュートリノの検出を達成した」と発表した。 ^[3]これはミューニュートリノビームで観測された最初のタウニュートリノ候補イベントであり、ニュートリノが質量を持つことのさらなる証拠を提供している。^[4]（ニュートリノが質量を持つことは、1998年にスーパーカミオカンデニュートリノ検出器で初めて研究によって判明した。^[5]^{[6] ）この変換が発生するには、ニュートリノに質量がなければならない。これは、ニュートリノが質量を持たないと仮定した}粒子物理学の古典的な標準モデルからの逸脱である。^[6]^[7]

ニュートリノのマヨラナ/ディラック性質を決定するための取り組みは、 CUORE（稀少事象地下極低温観測所）と呼ばれ、研究所で稼働している（2018年現在）。検出器は、古代の鉛の放射能が最近鋳造された鉛よりも低いため、古代ローマの難破船から回収された鉛で遮蔽されている。遺物はカリアリの国立考古学博物館からCUOREに寄贈された。^[8]

2011年9月、フランスのリヨンにある原子核物理学研究所の研究者であるダリオ・オーティエロは、CERNで生成されたニュートリノが光速で移動している場合よりも約60ナノ秒早くOPERA検出器に到達していることを示す予備調査結果を発表しました。 ^[9]この光より速いニュートリノの異常はすぐには説明されませんでした。^[10]その後、結果は調査され、誤りであることが確認されました。これは、研究所のOPERA受信機の光ファイバーケーブルの欠陥によって引き起こされ、 ^[11]ニュートリノの到着を比較するクロック信号の到着が遅れたためです。OPERAによって発表された公式声明ではニュートリノの速度に異常は宣言されておらず^[12]、したがって事件は完全に解決されていますが、この話の展開はコミュニティに考える時間を与えています。

2014年、ボレクシノは初めて太陽の主要な陽子-陽子核融合プロセスから生じるニュートリノを直接測定した。この結果はネイチャー誌に掲載されている。この測定結果は、 J.バーコールの標準太陽モデルから導かれた予測と、MSW理論によって説明される太陽ニュートリノ振動の理論と一致している。2020年、ボレクシノはCNOサイクルに由来する太陽ニュートリノも測定した。これは巨星では一般的だが太陽では珍しい核融合プロセスである（太陽のエネルギー出力のわずか1％）。^[13]この結果により、ボレクシノは太陽と多くの主系列星にエネルギーを与えている2つのプロセスの両方を解明した。

実験

参照

参考文献

^ abc 「INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso 年次報告書 2011」(PDF)。 p. ４．2015 年8 月 16 日に取得。
^ Miramonti, Lino (2005 年 3 月 31 日). 「ヨーロッパの地下実験室: 概要」. AIP 会議議事録. 785 : 3–11. arXiv : hep-ex/0503054 . Bibcode :2005AIPC..785....3M. doi :10.1063/1.2060447. S2CID 5793486.
^ 粒子カメレオンの変化の過程を捉える、プレスリリース、CERN、2010年5月31日、2016年11月22日にアクセス。
^ アガフォノバ、N.;アレクサンドロフ、アンドレイ。アルティノック、オスマン。アンブロージオ、ミケランジェロ。アノキナ、アンナ・M。青木茂樹他。（2010年）。「 CNGSビームでのOPERA実験における最初のντ候補事象の観測_{」。}物理学の文字 B。691 (3): 138–145。arXiv : 1006.1623。ビブコード:2010PhLB..691..138A。土井：10.1016/j.physletb.2010.06.022。S2CID 119256958。
^ Schechter, Joseph; Valle, José WF (1980). 「SU(2) ⊗ U(1) 理論におけるニュートリノ質量」. Physical Review D. 22 ( 9): 2227–2235. Bibcode :1980PhRvD..22.2227S. doi :10.1103/PhysRevD.22.2227.
^ ab 「ニュートリノ質量の謎を解明する新たな実験」2014年11月4日、2021年10月3日にアクセス。
^ Cottingham, WN; Greenwood, DA (2007).素粒子物理学の標準モデル入門（第2版）. Cambridge University Press.
^ Nosengo, Nicola (2010). 「粒子検出器を保護するローマのインゴット」Nature . doi : 10.1038/news.2010.186 .
^ バトラー、デクラン; キャラウェイ、エウェン; チェック・ヘイデン、エリカ; シラノスキー、デイビッド; ハンド、エリック; ノセンゴ、ニコラ; サミュエル・ライヒ、ユージェニー; トレフソン、ジェフ; ヤヒア、モハメッド (2011). 「365日：自然の10」. Nature . 480 (7378): 437–445. Bibcode :2011Natur.480..437B. doi : 10.1038/480437a . PMID 22193082. S2CID 12834643.
^ Brumfiel, Geoff (2011). 「粒子が光速限界を破る」Nature . doi :10.1038/news.2011.554.
^ CERNからグラン・サッソに送られたニュートリノは宇宙の速度制限を遵守、2012年6月8日。
^ Adam, T.; et al. ( OPERA Collaboration ) (2012). 「CNGS ビームにおける OPERA 検出器によるニュートリノ速度の測定」Journal of High Energy Physics . 2012 (10): 93. arXiv : 1109.4897 . Bibcode :2012JHEP...10..093A. doi :10.1007/JHEP10(2012)093. S2CID 17652398.
^ BorexinoによるCNOサイクルからの太陽ニュートリノの初検出、Indico- FNAL、、2020年6月23日。

外部リンク

公式サイト
CNGS – グラン・サッソへの CERN ニュートリノ
スライドショー
イリアス

[report2011-1] 「INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso 年次報告書 2011」(PDF)。 p. ４．2015 年8 月 16 日に取得。

[2] Miramonti, Lino (2005 年 3 月 31 日). 「ヨーロッパの地下実験室: 概要」. AIP 会議議事録. 785 : 3–11. arXiv : hep-ex/0503054 . Bibcode :2005AIPC..785....3M. doi :10.1063/1.2060447. S2CID 5793486.

[3] 粒子カメレオンの変化の過程を捉える、プレスリリース、CERN、2010年5月31日、2016年11月22日にアクセス。

[4] アガフォノバ、N.;アレクサンドロフ、アンドレイ。アルティノック、オスマン。アンブロージオ、ミケランジェロ。アノキナ、アンナ・M。青木茂樹他。（2010年）。「 CNGSビームでのOPERA実験における最初のντ候補事象の観測_{」。}物理学の文字 B。691 (3): 138–145。arXiv : 1006.1623。ビブコード:2010PhLB..691..138A。土井：10.1016/j.physletb.2010.06.022。S2CID 119256958。

[5] Schechter, Joseph; Valle, José WF (1980). 「SU(2) ⊗ U(1) 理論におけるニュートリノ質量」. Physical Review D. 22 ( 9): 2227–2235. Bibcode :1980PhRvD..22.2227S. doi :10.1103/PhysRevD.22.2227.

[SA2014-6] 「ニュートリノ質量の謎を解明する新たな実験」2014年11月4日、2021年10月3日にアクセス。

[7] Cottingham, WN; Greenwood, DA (2007).素粒子物理学の標準モデル入門（第2版）. Cambridge University Press.

[8] Nosengo, Nicola (2010). 「粒子検出器を保護するローマのインゴット」Nature . doi : 10.1038/news.2010.186 .

[9] バトラー、デクラン; キャラウェイ、エウェン; チェック・ヘイデン、エリカ; シラノスキー、デイビッド; ハンド、エリック; ノセンゴ、ニコラ; サミュエル・ライヒ、ユージェニー; トレフソン、ジェフ; ヤヒア、モハメッド (2011). 「365日：自然の10」. Nature . 480 (7378): 437–445. Bibcode :2011Natur.480..437B. doi : 10.1038/480437a . PMID 22193082. S2CID 12834643.

[10] Brumfiel, Geoff (2011). 「粒子が光速限界を破る」Nature . doi :10.1038/news.2011.554.

[11] CERNからグラン・サッソに送られたニュートリノは宇宙の速度制限を遵守、2012年6月8日。

[CUL-12] Adam, T.; et al. ( OPERA Collaboration ) (2012). 「CNGS ビームにおける OPERA 検出器によるニュートリノ速度の測定」Journal of High Energy Physics . 2012 (10): 93. arXiv : 1109.4897 . Bibcode :2012JHEP...10..093A. doi :10.1007/JHEP10(2012)093. S2CID 17652398.

[13] BorexinoによるCNOサイクルからの太陽ニュートリノの初検出、Indico- FNAL、、2020年6月23日。