英国の科学者、第四のニュートリノ存在を否定—新しい物理学の手がかりに (UK scientists rule out fourth neutrino in search for new physics)

2025-12-03 英国研究イノベーション機構(UKRI)

UK Research and Innovation (UKRI) によると、MicroBooNE experiment の最新研究で、長らく仮説として語られてきた第4のニュートリノ、いわゆる “sterile neutrino”(滞留ニュートリノ) の存在に関して、有力な証拠は得られなかった。アメリカの Fermi National Accelerator Laboratory(フェルミ国立加速器研究所)で行われた実験では、液体アルゴン検出器(LArTPC)を用い、2種類のニュートリノビームから得たデータを組み合わせて解析。これにより、単一軽量ステライル・ニュートリノによって過去の“異常”を説明するモデルは、「95%の信頼度」で除外された。過去数十年にわたって物理学に残されてきた謎に対し、「単純なステライル・ニュートリノ仮説」が最も有望な解のひとつとされてきたが、それが否定されたことで、研究者らは標準理論を超える“新しい物理”を探す道の再検討を迫られている。UKの大学群(ケンブリッジ、マンチェスターなど)が重要な貢献を果たした。

<関連情報>

MicroBooNEで2本のニュートリノビームによる軽いステライルニュートリノの探索 Search for light sterile neutrinos with two neutrino beams at MicroBooNE

The MicroBooNE Collaboration
Nature  Published:03 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09757-7

英国の科学者、第四のニュートリノ存在を否定—新しい物理学の手がかりに (UK scientists rule out fourth neutrino in search for new physics)

Abstract

The existence of three distinct neutrino flavours, νe, νμ and ντ, is a central tenet of the Standard Model of particle physics1,2. Quantum-mechanical interference can allow a neutrino of one initial flavour to be detected sometime later as a different flavour, a process called neutrino oscillation. Several anomalous observations inconsistent with this three-flavour picture have motivated the hypothesis that an additional neutrino state exists, which does not interact directly with matter, termed as ‘sterile’ neutrino, νs (refs. 3,4,5,6,7,8,9). This includes anomalous observations from the Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND)3 experiment and Mini-Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE)4,5, consistent with νμ → νe transitions at a distance inconsistent with the three-neutrino picture. Here we use data obtained from the MicroBooNE liquid-argon time projection chamber10 in two accelerator neutrino beams to exclude the single light sterile neutrino interpretation of the LSND and MiniBooNE anomalies at the 95% confidence level (CL). Moreover, we rule out a notable portion of the parameter space that could explain the gallium anomaly6,7,8. This is one of the first measurements to use two accelerator neutrino beams to break a degeneracy between νe appearance and disappearance, which would otherwise weaken the sensitivity to the sterile neutrino hypothesis. We find no evidence for either νμ → νe flavour transitions or νe disappearance that would indicate non-standard flavour oscillations. Our results indicate that previous anomalous observations consistent with νμ → νe transitions cannot be explained by introducing a single sterile neutrino state.

1701物理及び化学
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