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戸塚 洋二（とつかようじ、1942年3月6日 - 2008年7月10日）は、日本の物理学者、東京大学名誉教授。太陽および大気ニュートリノ研究のリーダーである彼は、日本の神岡天文台、スーパーカミオカンデ、高エネルギー物理学研究所 ( KEK ) の科学者および所長を務めました。
戸塚はニュートリノ振動とニュートリノ質量の発見に貢献し、ニュートリノの国際的な研究の基礎を築いた。[ 1 ] [ 2 ]
戸塚は1942年3月6日、静岡県富士市に生まれた。[ 3 ]彼は1965年に学士号、1967年に修士号、1972年に博士号を東京大学で小柴正敏の指導のもと取得した。[ 4 ]
戸塚は1972年から1979年まで東京大学の研究員を務めた。[ 5 ]彼は1979年から1987年まで東京大学の准教授を務め、1987年に東京大学の教授に昇進した。[ 1 ] 1972年から1981年まで、彼はドイツのハンブルクにあるドイツ電子シンクロトロン（DESY） のダブルアームスペクトロメータ（DASP）とJADE粒子検出器実験にも携わった。[ 5 ] そこで彼は電子-陽電子衝突を研究した。[ 3 ]
1981年、戸塚はドイツから日本に戻り 、東京大学宇宙線研究所（ICRR）の一部である神岡観測所で働き始めた。彼は小柴正敏とともに神岡核子崩壊実験を設立した。[ 5 ] 1987年、神岡検出器と 米国のアーバイン・ミシガン・ブルックヘブン検出器の両方が、大マゼラン雲の超新星爆発によるニュートリノバーストを検出した。この出来事は「ニュートリノ天文学の誕生」と考えられており、神岡検出器からの重要な結果の発表につながり[ 3 ]、2002年には宇宙ニュートリノの検出により小柴正敏とレイモンド・デイビス・ジュニアがノーベル物理学賞を共同受賞した。[ 6 ]
戸塚氏は1988年から2002年まで東京大学 宇宙線研究所（ICRR）の教授を務めた。1988年、小柴正敏氏が退職した後、戸塚氏はチェレンコフ検出器の拡張、スーパーカミオカンデ（スーパーK）実験を推進する研究者の中核グループの組織者兼スポークスマンとして後を継いだ。1991年、日本政府はスーパーカミオカンデ建設のための予算を承認し、建設が始まった。池の山（池野山）の地下に5万トンの水が入った地下検出器[ 1 ]は、1996年4月1日に稼働を開始した[ 4 ]。スーパーカミオカンデでのその後の研究により、大気ニュートリノ振動（1998年）と太陽ニュートリノ振動（2001年）の最初の決定的な実験的証拠が得られた。これにより、見かけ上の太陽ニュートリノ不足が説明され、ニュートリノ質量の存在が確立された。[ 3 ] [ 4 ] [ 2 ]
戸塚氏は1995年から2002年まで、東京大学宇宙線研究所（ICRR）の一部である神岡観測所の所長を務めた。1997年から2001年までは、神岡観測所の所長を続けながら、ICRRの所長も務めた。 [ 7 ] [ 8 ] 2001年11月12日にスーパーK光電子増倍管の半分以上が破壊される事故が発生した後、戸塚氏は検出器の再建において重要なリーダーシップを発揮した。[ 1 ] [ 5 ]
戸塚氏は2002年から2003年まで高エネルギー加速器研究機構（KEK）の教授を務めた 。2003年から2006年まではKEKの所長を務め[ 3 ] [ 1 ] 、 K2Kニュートリノ振動実験と Belle Bファクトリーを監督した。2006年から2008年までは日本学術振興会科学システム研究センターのセンター長を務めた[ 5 ]。
戸塚は、ノーベル賞受賞者の小柴昌俊とともに神岡核子崩壊実験[ 5 ]に取り組み、後に神岡天文台と スーパーカミオカンデ（スーパーK）実験のリーダーとして、ニュートリノ物理学の基礎を築くのに貢献した[ 1 ]。
神岡核子崩壊実験は陽子崩壊を検出するために設計されました。陽子崩壊過程に厳密な制限を設け、太陽から来る低エネルギーニュートリノや宇宙線によって生成される大気ニュートリノを検出することができました。その結果、神岡は、大マゼラン雲で超新星SN 1987Aが爆発した際に、宇宙起源のニュートリノの放出を地球上で測定することに成功した2つの場所のうちの1つとなりました。ニュートリノのバーストを検出したもう1つの場所は、米国のアーバイン・ミシガン・ブルックヘブン（IMB）検出器でした。太陽系外からのニュートリノの最初の検出として、この出来事はニュートリノ天文学の誕生として称賛されました。この出来事に関連する神岡検出器のデータを分析した論文は800以上あります。[ 3 ] [ 9 ]
新しい研究の中には、戸塚グループによる2つの重要な発見があった。[ 3 ] 1つは太陽ニュートリノ不足 に関するもの。太陽ニュートリノはレイモンド・デイビス・ジュニアによって検出されたが、理論家ジョン・N・バコールが予測したニュートリノ束の3分の1のレベルであった。[ 10 ]カミオカンデのデータは、デイビスとバコールの研究によって提起された太陽ニュートリノ問題の存在を決定的に確認した。[ 3 ]
さらに、神岡の研究者たちは、実験誤差や背景ニュートリノ束では説明できない大気ニュートリノの不足がデータに表れていることに気づいた。大気ニュートリノと太陽ニュートリノの両方が、素粒子物理学の標準模型が予測するよりも少なかった。戸塚らは1988年に大気ニュートリノ異常に関する最初の論文を発表し、その結果を説明するには「まだ説明されていない物理学」が必要になると述べた。[ 3 ]
戸塚氏の指導の下、カミオカンデの成功により、 1996年に開設されたスーパーカミオカンデ（スーパーK）検出器が建設されました。1998年、スーパーカミオカンデ共同研究グループは、日本の高山で開催された第18回国際ニュートリノ物理学・天体物理学会議で、大気ニュートリノ振動の最初の決定的な証拠を発表しました。 [ 1 ] スーパーカミオカンデ実験は、高精度測定と大気ニュートリノフラックスの高度な統計モデリングを組み合わせることで、ニュートリノ振動の証拠を発見しました。[ 11 ]
ニュートリノ振動は、電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノの3種類のニュートリノが相互に変換される現象です。大気ニュートリノは、地球に吸収されずに通過できるミューニュートリノと電子ニュートリノが大部分を占めます。大気ニュートリノは、地上から上昇してくるものと空から下降してくるものが同数であると予測されていました。しかし、スーパーカミオカンデでは、電子ニュートリノは上昇と下降で同数であるのに対し、ミューニュートリノは下降よりも上昇する数が少ないことが分かりました。考えられる説明としては、地球を通過したミューニュートリノは、大気から来たミューニュートリノよりも移動時間が長く、スーパーカミオカンデでは直接検出されなかったタウニュートリノに変化する時間が長かったことが挙げられます。分析の結果、ミューニュートリノがタウニュートリノに振動していることが分かりました。[ 1 ] [ 3 ]
ニュートリノ振動の証拠は、太陽ニュートリノ不足の可能性のある説明も示唆した。以前の検出器はタウニュートリノとミューニュートリノを測定することができなかった。存在が予測されていたが以前の観測では「欠落」していた太陽電子ニュートリノは、電子ニュートリノからタウニュートリノとミューニュートリノに変換された可能性がある。これは後に、2001年に報告されたスーパーカミオカンデと カナダのサドベリーニュートリノ観測所（SNO）の共同研究によって、2つの施設で収集されたデータを比較することによって確認された。[ 3 ] [ 1 ] [ 2 ]
高精度でのニュートリノ振動の測定は、素粒子物理学の歴史における重要な一章でした。振動は、ニュートリノが小さくても有限の質量を持つという事実から生じました。ニュートリノ振動、ひいてはニュートリノ質量の存在は、素粒子物理学の標準模型による予測ではありません。実際、標準模型はニュートリノが質量を持たないことを要求しています。[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 2 ]
さらに、戸塚氏はKEKの所長として、物質と反物質の違いを探るK2K実験とBelle B中間子「ファクトリー」を成功裏に監督した。 [ 1 ]
戸塚氏は大腸がんの診断を受け、2000年に手術を受けた。2006年にがんが肺に転移したため、高エネルギー加速器研究機構（KEK）の職を退いたが、日本学術振興会の研究部長を務めた。戸塚氏は2008年7月10日に死去した。[ 5 ]ノーベル賞受賞者の物理学者、小柴正敏氏は、戸塚氏が寿命を18か月延ばすことができれば、ノーベル賞を受賞しなければならないと告げられた。[ 12 ]
2015年、1998年と2001年の実験で得られた証拠により、スーパーカミオカンデ観測所の梶田貴明氏とサドベリーニュートリノ観測所（SNO）のアーサー・マクドナルド氏に「ニュートリノ振動の発見、すなわちニュートリノが質量を持つことを示す発見」に対してノーベル物理学賞が授与された。[ 2 ] [ 13 ] [ 14 ]
戸塚氏は晩年、自身の病気、科学、そして文化について日本国民とコミュニケーションを取ることに力を注いだ。彼は「第四の三ヶ月」というブログを運営し、癌の進行状況や治療について率直に綴った。また、戸塚氏は園芸、特にスーパーKの所在地である茂住村で長年過ごした地域の花々への関心も明らかにした。