ニュートリノは宇宙で最も反社会的な粒子だ。地球を、私たちの体を突き抜け、何事もなかったかのように反対側へと流れ出ていく——なぜなら、彼らにとってはほとんど何事も起きていないからだ。これらの目に見えない粒子は、存在する中で最も検出が難しいものの一つだが、科学者たちはその通過の証拠を捕まえる方法を見つけ続け、宇宙とその最も極端な環境への新たな窓を開いている。

何とも相互作用することを拒む粒子の上に築かれたにしては、この分野は驚くほど生産的だ。ニュートリノ研究はこれまでに5つのノーベル物理学賞に貢献している。今年、物理学者フランシス・ハルツェンは「アイスキューブ・ニュートリノ天文台への決定的な貢献と、天体物理学的起源を持つ高エネルギーニュートリノの発見」により同賞を受賞した。

カリフォルニア大学サンディエゴ校の物理学特別教授ジョージ・フラーは、核物理学、粒子天体物理学、宇宙論を数十年にわたり研究してきた。彼はまた、アイスキューブに関する初期の科学論文でハルツェンと共同研究を行った。彼の専門知識は、ニュートリノをこれほど特異なものにしている理由——そしてなぜ科学者たちが南極の氷の奥深くに巨大な天文台を建設したのか——を説明するのに役立つ。

ニュートリノは素粒子と呼ばれるグループに属し、科学者たちはこれらにそれ以上小さな構成要素はないと考えている。電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノの3種類がある。電荷を持つ粒子とは異なり、ニュートリノには電荷がない。質量はあるが、それは極めて小さく——電子の質量の約1000万分の1程度の可能性がある。正確な質量は不明であり、それを生み出すメカニズムも不明だ。

もう一つの注目すべき特性は、ほとんど抵抗なく物質を通り抜ける能力だ。ニュートリノは他の粒子とほとんど相互作用しないため、光速に近い速度で広大な距離を横断することができる。

ニュートリノは太陽、遠方の宇宙領域、そして科学者たちがまだ特定していない源を含む多くの異なる場所から発生する。また、驚くほど豊富に存在する。推定では、宇宙には約10^89個のニュートリノが存在し、これは存在するすべての原子に対して約10億個に相当する。

「ニュートリノは本当に幽霊のような粒子です」とフラーは述べた。「止めるのは難しい。捕まえるのは難しい。どうやって存在や場所を知るのでしょうか？」

その捉えどころのなさにもかかわらず、ニュートリノは弱い相互作用として知られる基本力を通じて時折物質と相互作用する。この力は電磁気力より約20桁弱い。そのような相互作用はニュートリノを散乱させたり吸収させたりする可能性があり、科学者に検出の手段を提供する。しかし、これらの事象は非常に稀であるため、観測には極めて敏感な装置が必要だ。

高密度物質を通り抜ける能力は、ニュートリノを他の方法ではアクセスできない宇宙領域からの貴重なメッセンジャーにもしている。彼らは崩壊する星やブラックホールを取り巻く環境から脱出し、他の形態の放射線では明らかにできない情報を運ぶことができる。

この目に見えない活動の規模は驚異的だ。毎秒約1000億個のニュートリノがあなたの体の1平方センチメートルあたりを通り抜けており、ほとんど完全に気づかれていない。

「相互作用が非常に弱いため、ニュートリノはほとんど何でも通り抜けられます」とフラーは言う。「光年単位の鉛さえ——エネルギー次第ですが——通り抜けてしまうでしょう。」

ニュートリノの探索は、それを観測する技術が存在するずっと前から始まっていた。1930年代、物理学者ヴォルフガング・パウリは、特定の放射性崩壊でエネルギーが失われているように見える理由を説明する未知の粒子を提案した。彼は当初、この仮説上の粒子に別の名前を使っていた（当時は「中性子」と呼んでいた）。

パウリは自分のアイデアを検証するのがどれほど難しいかを理解していた。彼は「私は恐ろしいことをしてしまった。検出不可能な粒子を仮定してしまった」と言って問題を認めたことで有名だ。

数十年間、ニュートリノは——