森山 茂栄 准教授

専門分野

暗黒物質探索実験、大気ニュートリノ観測、二重ベータ崩壊探索実験、アクシオン等未知粒子の探索実験

今、行っている研究内容

身の回りの物質は原子や分子で出来ていると学んできましたが、宇宙を見るとそれが間違っていることが分ってきました。天文学的な観測によって、宇宙を満たす物質の殆どは暗黒物質、もしくはダークマターと呼ばれる未知の物質であることが確実になってきたのです。現在の最大の課題は、その暗黒物質が、未知の素粒子であるかどうか、もし素粒子であるとすればその正体はなにかを知ることです。それにより、宇宙のことをより深く理解することに加え、素粒子物理学の研究も大きく進展する可能性があると期待しています。

さて、その研究の具体的方法は何でしょうか。暗黒物質は銀河にも大量にまとわりついていることが観測的にも知られているため、もしそれが未知の素粒子であるとすると我々の周りにもぶんぶん飛び交っていることになります。それら素粒子は、希に通常の原子や分子とも衝突すると期待されています。そのような衝突現象の探索が、世界中で進められています。これまでの実験では用意した原子や分子の量が足りなかったり、衝突現象と見間違うノイズが多かったりして、まだ皆が認める発見には至っていません。神岡施設では、約1トンのキセノンを利用し、様々な暗黒物質の候補を探索することができるXMASS実験を進めています。現在はさらに感度を上げた検出器の建設を予定し開発を進めています。本研究室では、このように暗黒物質の発見を強く期待しながら研究を進めています。

大気ニュートリノの観測はスーパーカミオカンデを用いた研究です。主として検出器の特性を良く理解することによって物理の成果の正確さを下支えする研究をしています。スーパーカミオカンデを用いた暗黒物質探索にも興味を持っています。

二重ベータ崩壊はニュートリノの質量の起源を探る上で大変大事な研究です。ニュートリノとその反粒子が同じであるのかどうか、現在誰も知りません。それによっては宇宙に物質があっても反物質がない理由の説明に繋がるかもしれません。

アクシオンは、本来強い力ではCP対称性がなくてもいいにも関わらず、CP対称性が高い精度で成立している理由を説明する重要な素粒子かもしれません。また、それに類似した未知粒子も重要な役割を持っているかもしれません。

これらの研究は優れたアイディアと希事象を捕らえる技術があれば遂行することが出来ます。素粒子の分野まだまだ工夫次第で面白い研究を進められる可能性が沢山残されており、良いアイディアがあれば進めたいと考えています。

今後5年で何が面白く、入学したら何ができるか

XMASS実験では現在観測を続けていますので、観測や関連研究を行い、さらには得られたデータを基に暗黒物質探索を行うことができます。また、さらに感度を上げるための工夫を取り入れた次世代検出器の建設を予定しており、その開発研究に参加することもできます。自ら開発した装置が運転を開始し、暗黒物質の信号を見つけることができたら何より面白いことですね。

学生さんへのメッセージ

研究者になりたいかどうかに関わりなく、学生さんがトータルな力を付けることができるためには、比較的少人数の中、実験全体を理解しながら研究を主体的に進めることが一番の早道です。XMASS実験はまさにそのような実験グループです。宇宙にも素粒子にも深く関わる研究分野で研究を行いたい方を歓迎します。

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