大統一理論とニュートリノ天体物理学を研究する大型装置

大統一とニュートリノ天体物理学を研究する大型装置、略してLAGUNAは、次世代の超大容量地下ニュートリノ観測所の開発を目的としたヨーロッパのプロジェクトでした。[ 1 ^]この検出器は、これまでのどの検出器よりもはるかに大きく、より感度が高く、素粒子物理学と天体素粒子物理学の分野で新しい発見をすることになっていました。このプロジェクトには、ヨーロッパ10か国の21のヨーロッパの機関が関与し、100人以上の科学者が集まりました。^{[2] [3]}

このプロジェクトでは、観測所のインフラと粒子検出器自体の開発の実現可能性を評価し、ヨーロッパでの設置場所（7つの候補地）を探しました。LAGUNAとLAGUNA/LBNOという2つの設計研究があり、それぞれ2008年と2011年に完了しました。^[4]研究の総賞金は1700万ユーロで、そのうち700万ユーロはEUからの直接資金であり、残りは参加大学やその他の組織からの資金でした。^[5]

2016年、LAGUNAプロジェクトは、公式な決定はなされなかったものの、事実上中止となった。^[1]米国の同様のDUSELプロジェクトも中止された。しかし、DUSELプロジェクトのニュートリノ部分（長基線ニュートリノ実験、LBNE）はDUNEプロジェクトとして再開され、米国のみのプロジェクトから国際的なプロジェクトへと拡大された。LAGUNAから多くの主要な研究者がDUNEに移った。^[1] DUNEの建設は2017年に米国サウスダコタ州のサンフォード研究所で始まり、2027年の完成が予定されている。

研究対象となっている検出器技術は 3 つあり、MEMPHYS、GLACIER、LENA の 3 つです。MEMPHYS は水ベースの検出器、GLACIER は液体アルゴン、LENA は液体シンチレーター ベースです。すべての検出器は、ニュートリノ粒子が検出器内の液体の原子核と相互作用するときに生成される微弱な光と電荷を観測することによって機能します。検出器は地下深く (深さ 1.4 km まで) に設置され、地球表面のあらゆるものに降り注ぐ大気粒子や宇宙粒子によって発生するノイズをフィルタリングします。これらのノイズ粒子はその深さでは地球を貫通しませんが、通常の物質と弱くしか相互作用しないニュートリノは貫通します。検出器はサイズが非常に大きく、液体ターゲットの質量は 10 万～ 100 万トンのオーダーになります。

LENA (低エネルギーニュートリノ天文学) は、質量約 5 万トンの液体シンチレーション検出器です。高さ約 100 メートル、直径 30 メートルの円筒形のタンクを備えています。実際のシンチレーション ボリュームは、ナイロン製のバリアとバッファー ボリュームで囲まれています。さらに、バッファー ボリュームは純水ボリュームで囲まれています。LENA の検出メカニズムは光電子増倍管で、バッファー ボリュームと水ボリュームの間の壁を部分的に覆うように設計されています。^[6]シンチレーション ボリュームで生成されたシンチレーション光は、これらの光電子増倍管で検出されます。^[7] LENA の目的は、超新星爆発、太陽、地球内部で発生した低エネルギー ニュートリノを研究することです。^[6]

このプロジェクトの目標は、陽子崩壊を観測することによってすべての力の統一を研究すること（一部の大統一理論（GUT）モデルによれば発生すると予想されているが、これまで観測されたことのない非常にまれな現象）、ニュートリノ観測によって銀河の超新星を研究すること、地球および太陽ニュートリノを研究すること（ニュートリノは原子核の過程で生成される）、CERN（実験用のニュートリノビームを提供する。ニュートリノはCERNで生成され、地下ビームとして地球を数百キロメートル通過して検出器に送られる）と共同でニュートリノ振動を観測することによって宇宙における物質と反物質の過剰を研究することであった。

天文台の候補地は以下のとおりです。

• ピュハサルミ鉱山のカリオ(フィンランド)
• フレジュス道路トンネル(フランス)
• ブルビー鉱山（イギリス）
• ウンブリア（この遺跡は他の遺跡とは異なり、古い鉱山ではないため、新たな洞窟を掘削する必要がある）（イタリア）
• ポルコヴィツェ・シェロショヴィツェ鉱山（ポーランド）のSUNLAB（シェロショヴィツェ地下研究所）
• Slănic (ルーマニア)のUnirea 鉱山
• カンフランク地下研究所（スペイン）

これらの候補地から観測所の場所が選ばれます（場所の詳細については プロジェクトのウェブサイト^{[8]を参照してください）。}

• LAGUNA および LAGUNA-LBNO 設計研究