- 締切済み
ニュートリノはどうやって測ったか
中村 拓男(@tknakamuri)の回答
- 中村 拓男(@tknakamuri)
- ベストアンサー率35% (674/1896)
う~ん説明がわかりませんね。 個々の光子の時刻測定を精密に行なう意味は? 放射の位置は放射パターンからもとめるのが 簡単だと思うけど? だとすれば個々の放射 を区別できるレベルで充分では? 50cm球で3mmの精度なんてでるわけないし 浜ホトの人にききましたが、カミオカンデでは そもそも放射で光子がそんな頻度で発生しないので 原理的にそんな精度はありえないということでした。 原理的にできないものをだれも研究したりは しないでしょう。想定で考えないで実際に何をやったのが 確かめるべきでしょう。論文読むとか。
関連するQ&A
- カミオカンデは光電管から何を集め測定したか
カミオカンデで重水中の浜松フォトニクス製光電増倍管11000本を使って水中の光の明滅からニュートリノを測ったとか聞いたのですが、電気信号の処理はどのようにやったのか、知りたいのです。 チェレンコフ光から、その明るさ、時刻が光電管1組で測れるでしょう。11000組あれば、位置、光の分布方向が観察可能だろうと思うのですが、実際には何をどのくらいの精度で測ったのでしょう。 ニュートリノの測定に足りる装置だったか疑問です。50cm径の光電増倍管の信号立ち上がりは10マイクロセコンド、信号線の平均配線長1キロメートル、ナノセコンドの同時性校正の有効期間半日とみこんでいるのですが、実際どのくらいでしょう。それらを実験は評価されているでしょうか。校正周期は何か月に何度でしょうか。各光電管に対して電圧と反応速度は校正されているでしょうか。光電子増倍管は液体窒素の冷却装置がないと熱からのホワイト雑音だらけですが対策はどうしたのでしょうか。 たとえば信号の同時着信を測るにあたっては、0.01ナノセコンド(10ピコセコンド)より短い時間分解能が必要かと思います。それを上記の電気性能ではとても満たせないのでカミオカンデの発表値は誤測定と思います。 現状で一番早い自然現象は静電気の放電です。1nsの時間で10kVの10%から90%まで立ち上がるが、人工発生源の信号では1メートルの信号線の長さで5Vの90%まで立ちあがるのに7ns、最高でも2Vの10%から90%までを10ピコセコンドで、普通なら35ピコセコンドで達成するのがやっとというのが、観察の最高実力のはずです。 光がどちらに向いて走ったかを知るには、受光部の特殊な指向性や、11000組の同時性が確認できないと性能を満たさないでしょう。それらの性能が欠けた装置では測定を達成できないのです。その時刻に宇宙でニュートリノ爆発があったからといって、その時刻付近のホワイトノイズにすぎないデータの恐れが強くあります。 というわけでどこにもその確認が見つけられず、大きな疑いを持っています。カミオカンデには莫大な費用をかけ、優秀な人材を投入したようですが、もしやアンデルセンのおとぎ話に聞いた透明な洋服を着た裸の王様の民衆心理が世界中を支配してはいませんか。
- 締切済み
- 物理学
- スーパーカミオカンデ 上からと下から
スーパーカミオカンデですが、上からくるニュートリノと下からくるニュートリノをどうやって見分けるのでしょうか。 ニュートリノの衝突で水が光る現象を光電子増倍管で検出するとのことですが、これだと、特に中央付近での発行であれば、どこから来たのかはわからないと思うのですが。
- ベストアンサー
- その他(応用科学)
- 光とニュートリノが同時に発生したことの保証
光速を超える速度をニュートリノが持っているかも、というテーマで、カミオカンデの例が出されているのをニュースや掲示板での議論を見ました。そのときにニュートリノの速度が光速を超えるはずがない、という根拠の一つとして、カミオカンデで超新星爆発で発生した光とニュートリノを観測し、その結果速度がニュートリノ > 光なら、ニュートリノの方が先に観測されるはずだという主張がされています。 確かに同時に発生した光とニュートリノをカミオカンデで観測して、光の方が速ければ確かに速度は ニュートリノ < 光 となりますが、遠い場所で起きた超新星爆発に対して、どうやって光とニュートリノが同時に発生したと判断しているのでしょうか?
- ベストアンサー
- 物理学
- スーパーカミオカンデのエンジェルリングと誤測定
4個の問があります。各問い(1)から(4)にお答えをくださるとありがたいです。 天使の輪(エンジェルリング)とはシャンプーメーカーの宣伝広告で見かける言葉で、艶のある髪の毛に光が当たると浮かび上がる、 頭頂部に近い部分の髪の毛を一周するような光の輪のことだ。 これがもしスーパーカミオカンデの内壁の面にしょっちゅう表れるとしたら、スーパーカミオカンデにはチェレンコフ光を観察する能力に問題がある。 ニュートリノが入射していなくても誤観測をする可能性が生まれる。 なぜならチェレンコフ光では円錐の底辺を一周する光輪を観察するから、それと似たものが表れると致命的な誤信号の原因になるからだ。 チェレンコフ光は円錐の頂点の一点において高速運動していた量子が急減速している時に発生し、そのためチェレンコフ光の光輪は輪の全体が同時に光る。エンジェルリングはそれととても似ている、が、でも同じ場所にいつも見えていることから量子の急減速ではない。 だから量子の急減速でないエンジェルリングを、もしかするとスーパーカミオカンデではニュートリノの捕捉と間違える可能性が高い。 しかしエンジェルリングがスーパーカミオカンデに発生した証拠がある。 エンジェルリングは多数の反射物があるときに発生する。 たとえば万華鏡のなかに合わせ鏡の接触点から頂点を結んで正多角形が見えるのも、エンジェルリングの原因と同一のなかまだ。 しかもスーパーカミオカンデには4万本の鏡面が内壁面に貼られている。4万本の光電管の受光面は鏡面とある意味同一だからだ。だからエンジェルリングの現象には注意を払わねばならない。 たとえば2017年11月26日日曜の朝日新聞35面にスーパーカミオカンデとチェレンコフ光の図解と写真が掲示されているが、その写真にはスーパーカミオカンデの内壁の面の頭上高くにエンジェルリングが見えている。 このエンジェルリングはどのようにして現れたのだろうか。 (1) その原因を知りたい。 この記事の写真には天井面に7つ以上のランプ光源がみえる。まずこのランプのいくつかがこのエンジェルリングの発生源と推測できる。(2)皆さんはエンジェルリングの発生源にランプ光源を疑うか否か問いたい。 他にも撮影方法に原因がある場合も疑える。 スーパーカミオカンデは大規模な構造なので天井からランプ数個で照らしても撮影の光源としては暗い。このようなとき、カメラのシャッターを数分間開いたままにして、ストロボをまんべんなくあちらこちらの方向へ向けて焚く方法で大洞窟のような全体を写すことがある。(3)撮影方法から生まれ出たエンジェルリングなのだろうか。 (3)エンジェルリングの原因はストロボ撮影の方法に発生したのだろうか。 (4)スーパーカミオカンデでニュートリノがみえたのが、エンジェルリングの誤測定でない証の有無を知りたい。 (1)から(4)の4個の疑問に答えてください。
- 締切済み
- 物理学
- 原子炉のチェレンコフ光の発生メカニズムを教えて
原子炉や燃料貯蔵プールで見られるチェレンコフ光の発生メカニズムについて考えてみました。誤りがあったらご指摘ください。また“Q”で始まる質問にもお答えお願いいたします。 画像 稼働する炉心のチェレンコフ光 http://www2.hamajima.co.jp/~tenjin/labo/nsrr.htm 使用済み燃料棒によるチェレンコフ光 http://www.tepco.co.jp/fukushima1-np/b42307-j.html チェレンコフ光は水中を水中での光速(0.75c)を超える速さで荷電粒子が運動するときに発生するとのこと。 炉心での核分裂反応や使用済み核燃料中で生ずるモノとしてはガンマ線、電子、陽電子、アルファ粒子、中性子、核分裂片、その娘核種でしょうか。(Q1:原子炉ではニュートリノも大量に発生するそうです。ニュートリノといえばカミオカンデ・スーパーカミオカンデでのチェレンコフ光を利用してのニュートリノ観測が有名ですが、原子炉で上記写真のように目視できるほどのニュートリノ由来のチェレンコフ光は生じないですよね?) これらのうち0.75cを超えられそうな荷電粒子と言ったら電子、陽電子だけ。他の荷電粒子は重すぎてそんなに速くなれない。でも、電子、陽電子は透過力が弱いので燃料被覆管から出られなさそう。( Q2:とてつもなく高エネルギーの電子なら透過できますか?核分裂反応でそんな高エネルギーの電子が生じますか?)燃料被覆管から出てこられそうなのはガンマ線と中性子のみ。ガンマ線が水分子と相互作用すると光電効果、コンプトン効果、電子対生成で高エネルギーの電子が生じて、速度が0.75cを超えればチェレンコフ光が発生する。核分裂反応が起こっている最中は中性子も生じて燃料被覆管から出てくる。中性子は水の水素原子核と衝突して突き飛ばし、運動する陽子が近傍の水分子の軌道電子を電気力で引きはがして、その速度が0.75cを超えればチェレンコフ光が発生する。あるいは中性子がベータ崩壊して陽子と電子になり、同様に水分子の電子を引きはがす。 Q3:チェレンコフ光はなぜ青いのですか?ほかの色(波長)のチェレンコフ光は生じないのですか? Q4:臨界事故で被曝者が「青い光を見た」というのはチェレンコフ光ではなく空気の電離の結果だとWikipediaに書いてあります。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%A8%E7%95%8C%E4%BA%8B%E6%95%85 しかし、被爆者の眼球内の水晶体をガンマ線や中性子線が貫けばチェレンコフ光が生ずると思いますがいかがでしょうか? 素人の私にもにもよくわかるようにご説明のほどお願いいたします。
- 締切済み
- 物理学
- 光電子増倍管の動作について
光電子増倍管で光を検出し、それの信号をオシロスコープで測定しています。 オシロスコープの波形は、マイナス電圧です。 測定信号がマイナス電圧になるのはなぜでしょうか? 光電子増倍管の原理を踏まえて教えていただければ幸いです。
- ベストアンサー
- 物理学
- シンチレータと光電子増倍管について
シンチレータから出た光が光電子増倍管に入る割合は、発光場所からみた光電面の立体角に比例しますよね?つまり、発光された光の量に比例するということでしょうか。私はそういうふうに解釈しています。 ところで、実験をしたのですが、比例になりませんでした(泣)立体角の大きさと検出された信号の大きさをグラフにしたんですが、0を通らないし、しっかり比例関係とはいえませんでした。 なぜなんでしょうか?ミュー粒子だけ測定しているわけではないからかなあ。考えられる理由は機器の熱振動や、およびでない光子などのせいだけなのでしょうか?
- ベストアンサー
- 物理学
- 光電子増倍管について教えて下さい。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%9B%BB%E5%AD%90%E5%A2%97%E5%80%8D%E7%AE%A1 ・光電子増倍管は光を最終的に電流として取り出すものですが、とするとフォトダイオードと同じくI/Vアンプで電圧として取り出す必要があるのでしょうか? ・これは「二次電子は隣り合うダイノード間の電位差により加速されながら電子増倍部を通過する間に次々と増倍され、最終的には数十万倍から一千万倍以上になって陽極に到達し、信号電流として外部に取り出される。例えば、二次電子放出比が5のダイノードが10個ある場合、総合的なゲインは5の10乗(約1000万)に達する。」 というふうに書かれていますが、このゲインがゆらぐことはないのでしょうか? http://www.biwa.ne.jp/~tak-n/phys/pmt_struct.gif こういう図を見るといつもなんか入ってくる光の数と検出される電子の数は完全に線形に比例しないのではないかと思うのですが、どうなのでしょうか? よろしくお願い致します。
- ベストアンサー
- 科学
- パルス数に比例してパルス数を増やす回路もしくは装置がありますか?
経験が浅いため、回答について行けないかも知れませんが宜しくお願いします。 私はある目的でフォトンカウンティングヘッド(浜松ホトニクス製)の光電子増倍管モジュールを使用しています。 この装置は微弱光計測の分野で使用するもので、光子が一個入射すると1つのパルス信号(TTLレベル約3.5V、数10ns幅のパルス)を出力するものです。 仮に、毎秒70カウントされているとして100倍の7000カウントになるようにしたいのです。毎秒40カウントならば4000カウントというように出来ないものかと考えています。 どうか御指導下さい。
- ベストアンサー
- 科学
- このようなセンサーをご存じでしょうか?
以下のようなことがしたいのですが、適当なセンサー、あるいは解決方法が 見つからずに苦心しています。何か情報がありましたら、ご教示ください。 やりたいこと スクリーンに当てたレーザーポインタの光の長さを、測りたい。 市販のレーザーポインタの光を、自作のミラーで左右に振らせて スクリーン上に出しています。昔のブラウン管式のテレビの故障で、 画面が横1本になることがありました。あんな感じです。 長さは20cmくらいです。 この「スクリーン上の光の長さ(振れ幅)」を電気的に測りたいと 考えています。精度は0.1mmくらい欲しいです。 光の振動周波数は、100kHzくらいの正弦波なので、端部での 受光時間は、まずまずあると思います。 考えた方法 以下のような方法を考えましたが、「う~ん、今2つ」という感じです。 ・スクリーンの光の当たる部分に、クリスマスツリーで使うような ファイバーを密に埋め込み、その他端にフォトダイオードを 取付けて、電気信号に変える。センサ数が多すぎてツライです。 ・ビデオカメラで撮影して・・・・精度が粗いですね。 ・ビジグラフ感光用紙を走らせて、あとで定規で測る・・・電気ではないです。(汗) ・壊れたノートPCの液晶ディスプレイをスクリーンにして・・・・ ディスプレイは、表示装置であり、センサではありません(汗2) こんなセンサがあったらと思うもの 面または帯状で、光が当たっている位置によってアナログ的な信号が 得られるようなセンサー。ちょうど「タッチパネルの光版」という イメージです。 上述のLCDパネルのような細かいセンサがあれば、申し分ないのですが。 何か良いセンサあるいは方法はないものでしょうか? どうぞ宜しくおねがいします。
- ベストアンサー
- その他(学問・教育)
お礼
ご回答ありがとう、輪の軌道上に、同じ瞬間に生まれでた信号から輪をつくり、輪の楕円を円に計算で修正し円の軸上にニュートリノの源の方向が見つけられます。雑音をさけて弁別した信号がほしいので、同時性は重要です。
補足
>個々の光子の時刻測定を精密に行なう意味は?放射の位置は放射パターンからもとめるのが簡単だと思うけど? だとすれば個々の放射を区別できるレベルで充分では? 個々の放射が区別できません。 チェレンコフ光は円錐底辺方向に円錐頂点位置の発光原点から指向性を持って出発し、投影形状がリングとなるそうです。 チェレンコフ光の有無がニュートリノの判定基準とされているようですが、ただ受光面にリングが見えたからと言ってニュートリノが検出できたと考えるのはやみくもな方法です。 なぜなら雑音が多数ある時、または多数のチェレンコフ現象が発生している時、それらを重ねて図に得た時、判断を誤るからです。 たとえば、重なりから暗闇に亡霊の姿を見つけ出すように、ニュートリと無関係なリングの受光を図からみつけだすはずです。 判断を正しくするために発光原点が同一、発光時点が同一、衝突量子の運動進行方向の同一な円錐曲線群が投影されたと判断できなければいけません。それがもし検出できれば、受光が同一のチェレンコフ現象から発生したことになります。そのチェレンコフ現象が、果たしてニュートリノ由来であるかは、それでもまだ確定できるわけでないのです。 ここで円錐曲線群といったのは、放物線、双曲線、楕円、真円の曲線です。そういう円錐曲線群は円錐体を平面で切断したとき、平面と円錐体の交線に見いだせる曲線です。 円錐体の頂点がチェレンコフ光の発生原点になり、量子の制動衝突のおきた場所です。でもニュートリノ由来であるとはまだ限りません。 そして円錐曲線群がカミオカンデ円筒体に投影されたとき、受光面にリング図形などを形作ります。双曲線、放物線の判定を捨て、カミオカンデには受光面にリングが映るとされているようです。 でも双曲線、放物線の受光があればそれは雑音となって判定を妨げる要素になります。 投影比、ズームサイズにも注意を払うべきことを慎重に想像してください。発光が作った円錐体の大きさは極小からカミオカンデの円筒水槽をはるかに超え数1000、数万倍まであると想像してみましょう。それらの大きさでどういうサイズなら検知可能でしょうか。 水面で発光開始したら水底でどのようなサイズでしょうか。水底近くで発光したらどのようなサイズでしょうか。想像してみてください。 話を変えて、たとえば電卓や腕時計の数字表示機では7セグメント5×7=35のドットマトリクスでアラビア数字を表します。数字の0が35ドットで描けるので、5×5=25個のドットで丸があると認識できるはずです。 1ドットがカミオカンデでは光電増倍管PMT1本で対応するので、25個のPMT群で、直径2.5メートルの輪が認識できる性能があります。しかし最大輪サイズはカミオカンデ円筒水槽の直径までしか対応できません。2.5メートルの数十倍かもしれませんが2ケタ倍までのリングには対応できないと明らかです。 それが受光できるためにチェレンコフ発光はカミオカンデの円筒水槽内のなかで限られた範囲内の容積中に発光原点となる円錐体頂点が存在しなければなりません。 最大サイズの輪はさらに狭まった範囲になり、同軸中心上の水面から水底から2.5メートルの高さから、上方ですが、水面より上に発光原点がないと検出できないのではないでしょうか。 いかに狭いか、チェレンコフ光もニュートリノ量子もそこを通る確率がいかに低いかわからぬでしょうか。 ましてやその範囲から外れているチェレンコフ光はすべて雑音となります。輪でない、放物線や双曲線はすべて雑音の仲間です。 もし水分が室内岩肌にあれば、また土中にあればそこから発光しているのかもしれません。外部に差引用受光器を置いて積分受光器に成果があった方法で外部光の差引をしても、単発現象には正しい差引はできません。 さらに記念写真でカミオカンデの水槽を撮影するとブドウの房や茹でトウモロコシの姿を思わせる光電子増倍管の列が光輝いた鏡のように見えます。万華鏡のようです。 あなたは万華鏡を覗いたことがあるでしょう。 視野の中で色粒の本来の位置をあなたは判定できますか。見つけたら素晴らしい能力の持ち主です。色粒はカミオカンデではチェレンコフ光の光原点、円錐体の頂点です。結局頂点の位置は見つからないのです。 ただし発光原点が同一、発光時点が同一、衝突量子の運動進行方向の同一な円錐曲線群が投影されたと判断できれば、ニュートリノ通過の確率に可能性がわずかに発生します。 >50cm球で3mmの精度なんてでるわけない・・ 同時性を知る、そのために連続観察が必要です。サンプリング速度0.01nsのとき光子の位置について3mmの距離分解能ですが、もし3ns期間サンプリングを続けると1メートルの光子の飛行と受光までを横軸300点の時間波形にしてグラフが得られます。そのグラフ波形から各PMTの1本、1本の波形を比べると同時性がやっと判定できます。判定のために300サンプリングは最低線で、制動放射発生の瞬間を知るためには800サンプリングは欲しいところです。 1本のためにpsの速度で記録することになるのですが、1万本をまとめるにはそれより1万倍速いか、または同時性を確保した並列記録装置が必要です。 >浜ホトの人にききましたが、カミオカンデではそもそも放射で光子がそんな頻度で発生しないので原理的にそんな精度はありえないということでした。 身近に知り合いがいていい情報環境ですね。 そのかたができないということは、誤測定だと吐露したに等しいのです。 >原理的にできないものをだれも研究したりはしないでしょう。想定で考えないで実際に何をやったのが確かめるべきでしょう。論文読むとか。 わたしは物理学者ではありません。子どもに教える様に疑問を溶かしてください。 アンデルセンの裸の王様の登場人物でわたしに相当するのは「王様は裸だ」と叫んだ子供です。それが私の立場です。そういう質問コーナーです。 論文を読むのは裸で王様を歩かせた大臣の役目ではありませんか。同じ日本の国から誤りを糺し、裸で行進させぬのが学者の役目です。もう行進してしまったなら、恥ですが、恥は時間を遅らせても大きさは変わらないのでほっときますか。すぐに糺せば、大臣の能力までは馬鹿にされないで済むと思います。 論文を読めと言わずに子供に教えてくれませんか。