南極のアムンセンスコットサウスポールステーションには、ニュートリノと呼ばれる素粒子の研究専用の施設であるアイスキューブニュートリノ天文台があります。このアレイは、透明な氷の立方キロメートル内に埋め込まれた5,160個の球面光学センサー（デジタル光学モジュール（DOM））で構成されています。現在、この天文台は世界最大のニュートリノ検出器であり、過去7年間、これらの粒子の振る舞いと相互作用について研究してきました。
ペンシルベニア州立大学の物理学者の支援を得て、IceCubeの共同研究によって発表された最新の研究は、ニュートリノをブロックする地球の能力を初めて測定しました。素粒子物理学の標準モデルと一致して、彼らは何兆ものニュートリノが定期的に地球（そして私たち）を通過する間、いくつかは時々地球によって停止されることを決定しました。
「地球吸収を使用したアイスキューブとのマルチTeVニュートリノ相互作用断面積の測定」というタイトルのこの研究は、最近科学ジャーナルに掲載されました 自然。 研究チームの結果は、観測所で1年間にわたって記録された、高エネルギーの上方移動ニュートリノによって行われた10,784の相互作用の観測に基づいています。
2013年に戻って、高エネルギーニュートリノの最初の検出はIceCubeのコラボレーションによって行われました。これらのニュートリノ（起源は天体物理学であると考えられていました）は、ペタ電子ボルトの範囲にあり、これまでに発見された中で最もエネルギーの高いニュートリノとなっています。 IceCubeは、高速運動する荷電粒子が通常の物質との相互作用によって減速された後に生成されるチェレンコフ放射を探すことによって、これらの相互作用の兆候を検索します。
澄んだ氷と相互作用するニュートリノを検出することにより、IceCube機器はニュートリノのエネルギーと移動方向を推定することができました。しかし、これらの検出にもかかわらず、謎は、ニュートリノが宇宙を旅するときに、何らかの種類の物質がニュートリノを止めることができるかどうかについて残っていました。素粒子物理学の標準モデルによれば、これは時々起こるべきことです。
IceCubeで1年間相互作用を観察した後、科学チームは、地球を最も遠くまで移動しなければならないニュートリノが検出器に到達する可能性が低いことを発見しました。ペンシルバニア州の物理学および天文学/天体物理学の教授であるダグコーエンは、ペンシルバニア州のプレスリリースで次のように説明しています。
「この成果は、非常に高エネルギーのニュートリノが何か、この場合は地球に吸収される可能性があることを初めて示したため、重要です。低エネルギーのニュートリノはほとんど何でも通過することはわかっていましたが、高エネルギーのニュートリノは異なると予想していましたが、これまでの実験では、高エネルギーのニュートリノは何でも阻止できることを説得できませんでした。」
ニュートリノの存在は1930年に理論物理学者ヴォルフガングパウリによって最初に提案されました。彼はそれらの存在をエネルギー保存則の観点からベータ崩壊を説明する方法として仮定しました。それらは、電気的に中性であり、物質との相互作用が非常に弱いため、つまり、原子以下の力と重力によってのみ、そのように呼ばれています。このため、ニュートリノは定期的に通常の物質を通過します。
ニュートリノは、地球上の星や原子炉によって定期的に生成されますが、最初のニュートリノはビッグバン中に形成されました。したがって、彼らの通常の物質との相互作用の研究は、何十億年にもわたって宇宙がどのように進化したかについて多くを知ることができます。多くの科学者はニュートリノの研究が標準モデルを超える新しい物理学の存在を示すであろうと予想しています。
このため、科学チームはその結果に多少驚いた（そしておそらく失望した）。アイスキューブニュートリノ天文台の主任研究者であり、ウィスコンシン大学マディソン校の物理学教授であるフランシスハルゼンは、次のように説明しています。
「ニュートリノがどのように相互作用するかを理解することは、IceCubeの操作にとって重要です。もちろん、新しい物理学が登場することを期待していましたが、残念ながら、標準モデルは通常どおりテストに耐えることがわかりました。
ほとんどの場合、この研究のために選択されたニュートリノは、太陽または原子力発電所によって生成されたものより100万倍以上もエネルギーが高かった。分析には、本質的に天体物理学的なもの、つまり地球の大気圏外で生成されたものも含まれ、超大質量ブラックホール（SMBH）によって地球に向かって加速された可能性があります。
アルバータ大学の物理学教授であるダレングラントは、アイスキューブコラボレーションのスポークスパーソンでもあります。彼が示したように、この最新の相互作用研究は将来のニュートリノ研究の扉を開きます。 「ニュートリノは彼らの振る舞いで私たちを驚かせたというかなりよく得られた評判を持っています」と彼は言った。 「この最初の測定と、将来の精密試験での可能性を見るのは非常にエキサイティングです。」
この研究は、ニュートリノの地球の吸収の最初の測定を提供しただけでなく、ニュートリノを使用して地球の内部を探検することを望んでいる地球物理学の研究者にも機会を提供します。地球は日常的に通過する何十億もの高エネルギー粒子のいくつかを止めることができるとすれば、科学者は地球の内核と外核を研究する方法を開発し、それらのサイズと密度により正確な制約を課すことができます。
また、IceCube Observatoryは、素粒子物理学の研究とニュートリノの研究である本来の目的を超えて到達できることも示しています。この最新の研究が明確に示しているように、それは惑星科学研究と核物理学にも貢献することができます。物理学者はまた、86ストリングのIceCube配列全体を使用して複数年の分析を行い、より高い範囲のニュートリノエネルギーを調べたいと考えています。
ジェームズウィットモア（Nice Science Foundation（NSF）の物理部門（IceCubeのサポートを提供）のプログラムディレクター）が指摘したように、これにより、標準モデルを超える物理を真に検索できるようになります。
「IceCubeは、物理学のフロンティアを探求するために構築されました。その際、宇宙の性質に関する既存の認識に挑戦する可能性があります。この新しい発見とこれから来る他の発見は、科学的発見の精神の中にあります。」
2012年にヒッグス粒子が発見されて以来、物理学者たちは標準モデルを確認するための長い道のりが今や完成したという知識で安心してきました。それ以来、彼らは彼らのセットをさらに設定し、宇宙のより深い謎のいくつかを解決できる新しい物理学、つまり超対称性、すべての理論（ToE）などを見つけることを期待しています。
これは、物理学が最高のエネルギーレベルでどのように機能するか（ビッグバン中に存在したものと同様）を研究することと同様に、現在の物理学者の関心事です。それらが成功した場合、宇宙と呼ばれるこの巨大なものがどのように機能するかを理解するようになるかもしれません。
