FermilabのMicroBooNE実験の科学者たちは、高精度のニュートリノ挙動測定に基づき、長年仮説とされてきたステライルニュートリノが存在しないことを確定した。Nature誌に掲載された発見は、ニュートリノが予想通りに振る舞い、第4のタイプの証拠がないことを示し、数十年ぶりの理論を閉ざす。この結果は、DUNEのような新調査と先進実験への道を開く。
数十年にわたり、物理学者たちは素粒子物理学の標準模型を挑戦する謎めいたニュートリノの挙動の説明を求めてきた。1990年代の液体シンチレーターニュートリノ検出器（LSND）やFermilabのMiniBooNEなどの実験で観測された異常は、電子、ミュー、タウニュートリノとは異なる相互作用をする仮説上の第4のタイプであるステライルニュートリノの存在を示唆していた。 「過去30年間、これらの異常に対する最も人気のある説明は仮説上のステライルニュートリノでした」と、マンチェスター大学の教授でMicroBooNEの共同報道官であるJustin Evans氏は述べた。 このアイデアを検証するため、MicroBooNE実験は2015年から2021年までFermilabで稼働し、液体アルゴン時間投影チャンバーを用いてニュートリノ相互作用を詳細に捉えた。研究者たちはミューンニュートリノを生成し、電子ニュートリノの予期せぬ出現を探った。これはステライルニュートリノの関与を示すはずだった。しかし、データは3フレーバーモデルの予測と一致し、電子ニュートリノの過剰は観測されなかった。 「ニュートリノは実験的に検出が難しく、逃げやすい基本粒子ですが、宇宙で最も豊富な粒子のひとつです」と、UC Santa Barbaraの助教授で分析の物理コーディネーターであるDavid Caratelli氏は説明した。この結果は、2025年のPhysical Review Letters論文を基に、ステライルニュートリノ仮説を効果的に否定する。 この進展はニュートリノ研究の転換点を示す。元の異常は未解明のままだが、科学者たちは誤同定された光子や新物理などの代替案を検討している。MicroBooNEの手法は、サウスダコタ州のDeep Underground Neutrino Experiment（DUNE）の準備を強化し、物質-反物質非対称性などの深い疑問を探る。 「MicroBooNEが成し遂げた主なことは、私たち全員に自信を与え、この技術を使って高精度でニュートリノを測定する方法を教えてくれたことです」とCaratelli氏は指摘した。この研究は米国エネルギー省と国立科学財団の支援を受けた。