Characterisation of the Bedretto Underground Site for Fundamental Physics Experiments

地球上で最も静かな場所（そしてなぜそれが必要なのか）

賑やかなロックコンサートの真っ只中で、たった一つのささやき声を聴こうとしている自分を想像してみてください。それは、宇宙の最も捉えどころのない秘密を研究しようとする科学者たちが直面している状況そのものです。地表の混沌から遠く離れた、深い地下には、ほとんど起こらない現象を探している実験が存在します。宇宙の大部分を構成している可能性のある「ダークマター（暗黒物質）」の粒子や、私たちの存在理由を説明しうる稀な核崩壊などです。これらの幽霊のような出来事を捉えるために、科学者たちはできる限り静かな研究所を必要としています。

なぜ地表はこれほど騒がしいのでしょうか？第一に、空からは常に高エネルギー粒子である「宇宙線」が降り注いでおり、それらがあらゆるものに衝突して、繊なる信号をかき消してしまう背景となる「静電気的なノイズ」を作り出しています。第二に、地面そのものが、通り過ぎる車や列車、あるいは海洋の波によって振動しています。第三に、私たちの周囲にある岩石は、ウランやラドンといった元素による、かすかで目に見えない放射線を自然に放っています。これを解決するために、科学者たちは深い地下研究所を建設します。頭上にある巨大な岩の層は、宇宙線の雨を遮断し、振動を和らげる巨大な盾として機能します。深く潜れば潜るほど、静かになります。しかし、十分に深く、十分に静かで、かつアクセスしやすい「完璧な場所」を見つけることは、干し草の山の中から針を探すようなものです。ここで、新たな有力候補が登場します。

究極の地下隠れ家を求めて

ある研究チームが、科学のための新たな潜在的な拠点として、スイスのティチーノ州にあるベドレット・トンネルの広範な「健康診断」を終えました。このトンネルを、単なる地面に掘られた穴ではなく、史上最も精密な計器のための潜在的な「静かな部屋」と考えてみてください。チームはこう問いかけました。「ここは、宇宙のささやきを聞くのに十分なほど静かなのか？」と。

彼らはトンネル内約3.5キロメートルの地点、標高1,400メートル以上の岩山の下に位置する「TM3500」と呼ばれる場所に拠点を構えました。この場所をテストするため、彼らは宇宙の探偵のように振る舞い、壁に衝突する粒子の雨から地球自体の唸り音に至るまで、あらゆるものを測定しました。

宇宙の雨のチェック
まず、彼らは「宇宙ミューオンの雨」を調査しました。ミューオンは、宇宙からの小さく高速な弾丸のようなもので、ほとんどあらゆるものを突き抜けてきます。地表では、これらが絶えず私たちに降り注いでいます。チームはプラスチックパネルで作られた望遠鏡を設置し、その数を数えました。結果は驚くべきものでした。ベドレットの地点では、ミューオンの雨は地表と比較して100万分の1に抑制されていました。それはまるで、ハリケーンから穏やかな微風へと変わったかのようです。このレベルの静かさは、ベドレットを世界最高峰の地下研究所と同等の地位に押し上げており、宇宙のノイズから遮蔽される必要がある実験にとって、主要な候補地となることを示しています。

岩石の放射能の輝き
次に、彼らは壁そのものを調べました。岩石は完全に沈黙しているわけではありません。天然の放射性元素を含んでおり、ガンマ線や中性子を放出します。これらは精密な検出器にとって、偽の信号のように見えることがあります。チームはトンネルの壁から花崗岩のサンプルを採取し、その「放射能の指紋」を測定しました。その結果、選んだ場所の岩石は非常にクリーンであり、トンネル内の他の場所で見られる岩石よりも放射能が約35%低いことが分かりました。また、空気についても測定を行い、ラドンガス（岩石から染み出す放射性ガス）は存在するものの、窓を開けて臭い部屋を換気するように、新鮮な空気を送り込むことで容易に管理できることも判明しました。

振動と磁気の唸り
最後に、彼らは目に見えないノイズとして、地面と空気の音を聴きました。彼らは磁場（コンパスを導く目に見えない力）と地震振動（地面の揺れ）を測定しました。その結果、磁気ノイズは極めて低かったのですが、16.7 Hzの特定の「唸り」だけが検出されました。この唸りは、近くを走るフルカ鉄道トンネルの電気列車によるものであることが分かりました。列車が夜間に停止すると、この唸りは消えます。このことは、もし研究所を建設するならば、この特定の周波数に対して遮蔽対策を講じる必要があることを示唆しています。

地震の測定結果はさらに印象的でした。ベドレットの地面は非常に静止しており、「ニュー・ローノイズ・モデル（新しい低ノイズモデル）」、つまり地球が到達しうる理論上の静寂の限界よりもはるかに静かでした。実際、その振動は、衝突するブラックホールによって引き起こされる時空のさざなみを聴くための装置である、次世代重力波検出器が要求する基準よりも2桁も優れた数値でした。

これが未来に意味すること
論文は、ベドレット・トンネルが基礎物理学において「非常に競争力のある」場所であると結論付けています。ここは単に深いだけでなく、水平なトンネルがあるため、垂直なシャフトを掘る必要がある他の研究所とは異なり、重い機材の搬入や搬出が容易です。チームは、標準的な建設作業（例えば、放射線や中性子をより遮断するために壁にコンクリート層を追加するなど）を行うことで、この場所がヨーロッパで最も深く、最も静かな研究所の一つになり得ると提案しています。

彼らはまだ研究所を建設したと主張しているわけではありませんが、その場所が準備できていることを証明しました。測定の結果、背景ノイズは、ダークマター、中性子ゼロ二重ベータ崩壊、そして重力波を探索する最先端の実験を支えるのに十分なほど低いことが示されました。本質的に、彼らは、宇宙の秘密がついに聞き取れるほど大きく響く、完璧で静かな洞窟を見つけたのです。