ニュートリノは、物質の基本的な構成要素である素粒子の仲間です。電気を帯びておらず、ほかの物質と非常に反応しにくいため、厚い岩や地球の中も通り抜けます。ただし、まったく反応しないわけではありません。水の中の電子や原子核と、ごくまれに反応します。

スーパーカミオカンデには、5万トンもの水が入っています。大きな水槽を使うのは、そのまれな反応が起きる機会を増やすためです。小さな網で少し待つより、大きな網で長く待つほうが見つけやすい、という考え方に似ています。ただし、網の目で粒子を引っかけているわけではありません。

ニュートリノが水と反応すると、電子などの電気をもつ粒子が飛び出すことがあります。その粒子が、水中の光より速く進むと、チェレンコフ光という弱い光が出ます。水槽の壁のセンサーは、光が届いた場所、時刻、量を記録します。研究者はそれらを組み合わせ、もとのニュートリノについて調べます。

ここでいう速さは「水の中を進む光」との比較です。真空中の光の速さを超えるわけではありません。また、装置の写真で電球のように見えるものは、照明ではなく光を受け取るセンサーです。「何が光ったのか」「何が光を受けたのか」を分けると、仕組みが見えてきます。

地上には、宇宙線によって生まれる別の粒子も届きます。それらも装置に信号を残すので、探している反応と取り違えるおそれがあります。地下の厚い岩は、その影響を減らします。人の声が重なる場所より、静かな部屋のほうが小さな合図を聞き取りやすいのと似ています。

南極のIceCubeは水槽の代わりに広大な氷を使い、反応で生じた粒子の光を調べます。液体アルゴンを使う検出器では、反応のあとに生じる電子や光を記録します。どれも、ニュートリノの姿をそのまま撮る装置ではありません。材料や測り方を変えることで、調べやすいエネルギーや反応も変わります。

反応が見つからなかったとき、ニュートリノが一つも通らなかったとは限りません。通ったけれど反応しなかったのかもしれないし、信号が弱くて記録できなかったのかもしれません。研究には、見えたものだけでなく、装置が何をどこまで見つけられるかを確かめる作業も必要です。

物質を通り抜けやすい性質は、観測の難しさであると同時に、遠い場所を調べる強みでもあります。太陽の内部や星の大爆発から来るニュートリノは、光だけでは分からない出来事を伝えてくれます。見つけにくい一粒に、宇宙の情報が詰まっているのです。