岐阜県飛騨市神岡町の地下には、ニュートリノを観測するスーパーカミオカンデ、液体シンチレータで反ニュートリノや極めて稀な現象を探るKamLAND、重力波を測るKAGRA、そして建設中のハイパーカミオカンデがあります。
4施設は、観測対象、検出原理、運営する研究組織がそれぞれ異なります。神岡に研究施設が集まった背景には、鉱山が残した坑道、強固な岩盤、地下の静かな環境があります。
最初に全体像｜神岡の地下には何がある？
| 施設・実験 | 主な観測対象 | 検出方法・特徴 | 2026年9月時点 |
|---|---|---|---|
| カミオカンデ | 陽子崩壊、太陽・大気・超新星ニュートリノ | 水チェレンコフ検出器 | 実験終了。跡地はKamLANDが利用 |
| スーパーカミオカンデ | 太陽・大気・加速器・超新星ニュートリノ、陽子崩壊 | 5万トンの超純水と約1万3千本の光センサー | 観測継続中 |
| KamLAND | 原子炉反ニュートリノ、地球ニュートリノ、二重β崩壊 | 約1000トンの液体シンチレータ | 従来観測を2024年に終了しKamLAND2へ改造中 |
| KAGRA | 重力波 | 地下3kmのレーザー干渉計、低温鏡 | O4終了後の改良期間 |
| ハイパーカミオカンデ | ニュートリノ、陽子崩壊、超新星など | 26万トン級の超大型水チェレンコフ検出器 | 2028年観測開始を目指し建設中 |
神岡はもともと巨大な鉱山の町だった
神岡は、飛騨北部の山間に発達した鉱山町です。東京大学は、神岡での採鉱は奈良時代にさかのぼると紹介しています。近代では1874年に三井組が蛇腹平坑を取得して鉱山経営を始め、1905年に亜鉛精鉱の採取、1917年に水力発電を開始しました。神岡鉱山は日本有数の亜鉛・鉛鉱山として発展し、2001年に亜鉛・鉛鉱石の大規模採掘を終えました。
鉱山の歴史には公害問題もあります。富山県神通川流域で発生したイタイイタイ病について、1968年に厚生省は、慢性カドミウム中毒を原因とし、原因物質のカドミウムは三井金属鉱業神岡鉱業所の排水以外には見当たらないとの見解を示しました。
なぜ地下が宇宙・素粒子研究に向いているのか
地下研究の大きな利点は、山そのものを巨大な遮蔽材として利用できることです。地表には宇宙線が絶えず降り注ぎ、素粒子実験では観測したい微弱な信号を埋もれさせます。厚い岩盤の下に装置を置けば、宇宙線による背景雑音を大幅に減らせます。
ニュートリノは物質との反応が極めて弱く、厚い岩盤をほぼそのまま通過します。太陽や大気、超新星、原子炉などで生まれたニュートリノのうち、ごく一部だけが検出器内で反応します。地下では宇宙線による雑音を減らしながら、岩盤を通過してきたニュートリノを観測できます。
神岡周辺の強固な岩盤も重要です。スーパーカミオカンデの建設では飛騨片麻岩を掘削し、ハイパーカミオカンデでは直径69m、高さ94mという世界最大級の岩盤内人工空洞が造られました。長年の鉱山開発で蓄積された坑道掘削、岩盤補強、排水、地下設備の技術も研究施設建設を支えています。
地下でも、岩盤に含まれる放射性物質や空気中のラドンが背景雑音になります。スーパーカミオカンデでは超純水の浄化に加え、岩盤からの放射性物質や坑内空気の影響を抑える設備を使っています。地下研究は、宇宙線を減らしたうえで残る背景雑音も抑える技術によって成り立っています。
そもそもニュートリノとは？
ニュートリノは、電子などと同じ素粒子の仲間です。電気を帯びず、物質との反応が非常に弱いため、太陽や地球さえほとんど素通りします。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種類があり、飛んでいる途中で種類が変わる「ニュートリノ振動」を起こします。
観測が難しい一方、途中の物質に邪魔されにくいことは大きな利点です。太陽中心部や超新星爆発の内部など、光では直接見にくい場所から情報を運んできます。神岡の研究は、ニュートリノを「物質を作る基本粒子」として調べる素粒子物理学と、宇宙を観測するメッセンジャーとして使う天文学の両方につながっています。
高エネルギー宇宙ニュートリノについては、当サイトの「Shadow Blasterと高エネルギーニュートリノ」でも、IceCubeやマルチメッセンジャー天文学との関係を詳しく紹介しています。
カミオカンデは陽子崩壊探索から始まった
神岡地下研究の出発点となったカミオカンデは、1983年に観測を始めました。名称は「KAMIOKA Nucleon Decay Experiment」の頭文字に由来します。当初は、陽子などの核子が崩壊する現象を探し、大統一理論を検証することを目的としていました。
検出器は神岡鉱山の地下約1000mに置かれ、円筒形タンクに約3000トンの純水を蓄えました。1985年からニュートリノ観測のための改良が行われ、1986年末に改良後の観測を再開します。
1987年、超新星ニュートリノを捉えた
転機は1987年2月23日です。約16万光年離れた大マゼラン雲で起きた超新星SN1987Aから飛来したニュートリノを、カミオカンデが捉えました。東京大学宇宙線研究所の記録では、13秒間に11個のニュートリノ事象を検出しています。
ニュートリノで天体現象を調べる「ニュートリノ天文学」が大きく前進しました。この功績などにより、小柴昌俊氏は2002年のノーベル物理学賞を受賞しました。
スーパーカミオカンデは何を観測している？
カミオカンデを大幅に大型化したスーパーカミオカンデは、1996年4月に観測を開始しました。直径39.3m、高さ41.4mのタンクに5万トンの超純水を蓄え、壁面には約1万3千本の光電子増倍管が取り付けられています。2026年で観測開始30周年を迎えました。
水の中の青い光「チェレンコフ光」を見る
観測するのは、ニュートリノ反応で生じた荷電粒子が放つチェレンコフ光です。ニュートリノが水中の原子核や電子と反応すると電気を帯びた粒子が生まれ、その粒子が水中を十分な速さで進むと青白いチェレンコフ光を放ちます。タンク壁面の光電子増倍管が光の到着時刻や強さを測り、粒子の方向や種類、エネルギーを推定します。
1998年、ニュートリノ振動を発見
スーパーカミオカンデは1998年、大気中で生まれるニュートリノを調べ、地球の反対側から飛んできたミューニュートリノが予想より少ないことを突き止めました。ニュートリノが飛行中に別の種類へ変わる「ニュートリノ振動」の証拠です。
ニュートリノ振動が起こるには、ニュートリノが質量を持つ必要があります。この発見により、梶田隆章氏はカナダのSNO実験を率いたアーサー・マクドナルド氏とともに、2015年のノーベル物理学賞を受賞しました。
2001年の光電子増倍管破損事故
スーパーカミオカンデの歴史には大事故もあります。2001年11月、光電子増倍管の破裂で生じた衝撃波が隣の光電子増倍管へ伝わり、内水槽では6777本以上が破損しました。その後、残った光電子増倍管をFRPとアクリルの防護ケースで覆って観測を再開し、2006年には本数をほぼ元の水準まで復元しました。
2020年からはSK-Gdへ
2020年からは超純水にガドリニウムを加えるSK-Gdが始まりました。ガドリニウムは中性子を捕まえやすく、反電子ニュートリノの反応に伴う中性子を目印にできるため、背景雑音との区別がしやすくなります。
2026年6月、スーパーカミオカンデ国際共同研究グループは、純水運転とガドリニウム導入後を合わせた約5000日分のデータから、宇宙の歴史上の超新星爆発が残す「超新星背景ニュートリノ」の兆候を2.6σで報告しました。統計的有意度は2.6σで、5σを目安とする「発見」には未到達です。現段階の位置づけは「兆候」です。
スーパーカミオカンデを含む素粒子研究の基礎は、当サイトの「国立科学博物館で学ぶ素粒子と宇宙」でも紹介しています。
神岡と茨城県東海村をつなぐT2K実験
スーパーカミオカンデは、茨城県東海村のJ-PARCで人工的に作ったニュートリノを約295km離れた神岡へ向けるT2K実験にも使われています。
ニュートリノは地中をほぼそのまま通り抜けるため、日本列島の地下を直線的に進んで神岡へ到達します。飛ばす前のニュートリノと、神岡で観測したニュートリノを比べることで、ニュートリノ振動を精密に調べます。この流れは次世代のハイパーカミオカンデにも引き継がれます。
KamLANDは液体シンチレータを使う別方式の検出器
KamLANDは東北大学ニュートリノ科学研究センターがホストする国際共同実験で、カミオカンデが使われていた地下空洞を利用しています。
スーパーカミオカンデが超純水のチェレンコフ光を使うのに対し、KamLANDは約1000トンの液体シンチレータを使います。液体シンチレータは粒子からエネルギーを受けると発光し、純水より多くの光を得られるため、低いエネルギーの現象を高感度で調べられます。
原子炉から地球内部まで見る
KamLANDは2002年に観測を開始し、原子炉で生じる反電子ニュートリノを使ってニュートリノ振動を研究しました。さらに、地球内部のウランやトリウムなどの放射性崩壊に伴う「地球ニュートリノ」を観測し、地球内部の熱源を探るニュートリノ地球科学を発展させました。
2011年からはKamLAND-Zenとして、ニュートリノを伴わない二重β崩壊の探索を進めました。もしこの崩壊が確認されれば、ニュートリノが自分自身の反粒子でもある「マヨラナ粒子」であることを示す重要な手掛かりになります。
現在はKamLAND2を建設中
従来のKamLANDは2024年8月27日に観測を終了しました。2026年現在はKamLAND2への高性能化が進んでいます。東北大学は光収集量を約5倍にする計画を進め、2026～2027年に光センサー設置と配線、2027～2028年に液体シンチレータ充填と較正、2029年にKamLAND2-Zenによる高感度のニュートリノレス二重β崩壊探索開始を予定しています。
KAGRAは重力波を測る地下望遠鏡
KAGRAは、カミオカンデやKamLANDとは観測対象も原理も異なり、ブラックホールや中性子星の合体などで生じる「重力波」を観測します。
神岡地下に長さ3kmの腕を直角に配置し、レーザー光の干渉を使って、重力波が通過したときに生じる極めて小さな空間の伸び縮みを測ります。
KAGRAが地下と低温にこだわる理由
重力波による長さの変化は非常に小さいため、地面の揺れや鏡の熱振動が大きな雑音になります。KAGRAは旧神岡鉱山の地下200m以深に置くことで、地面振動を地表の約100分の1まで小さくしています。さらにサファイア製の鏡を約20K、摂氏約マイナス253度まで冷やし、熱雑音を抑えます。
KAGRAはLIGO、Virgoと国際観測網を構成しています。第4期観測O4では2025年6月に観測へ復帰し、O4全体は2025年11月に終了しました。2026年9月時点でKAGRA公式サイトが公表している次の長期観測O5は2028年開始予定で、装置は性能向上のための保守・改良段階にあります。
ハイパーカミオカンデは2028年の観測開始を目指す
カミオカンデ、スーパーカミオカンデに続く第3世代がハイパーカミオカンデです。東京大学と高エネルギー加速器研究機構を中核とする国際共同研究で、2028年の実験開始を目指しています。
検出器は直径68m、深さ71mの円筒形タンクに26万トンの超純水を満たします。有効体積は19万トンです。タンク壁面には大型の超高感度光センサー約2万個と、複眼光センサー約1000個を設置する計画です。
本体を収める直径69m、高さ94mの巨大地下空洞は2025年7月31日に掘削を完了しました。2026年8月には水槽ライニング工事の完了が発表され、現在も建設が進んでいます。
何を明らかにしようとしているのか
大きな目的の一つは、ニュートリノと反ニュートリノの振る舞いの違いであるCP対称性の破れを高精度で調べることです。現在の宇宙では物質が反物質より圧倒的に多く残っています。その理由を考えるうえで、ニュートリノと反ニュートリノの違いは重要な手掛かりになります。
同時に、太陽・大気・超新星ニュートリノの観測や、陽子崩壊の探索も続きます。カミオカンデが1983年に追い始めた「陽子は本当に永遠に安定なのか」という問いは、45年後に観測開始を目指すハイパーカミオカンデにも受け継がれています。
神岡地下ではほかに何を研究してきた？
神岡地下では、大型施設以外にも極めて弱い信号を探す研究が行われてきました。液体キセノンを使って暗黒物質を探索したXMASSは2019年にデータ取得を終了しています。方向感度を持つ暗黒物質探索を目指すNEWAGE、カルシウム48を使ってニュートリノレス二重β崩壊を探すCANDLES、KAGRAの低温技術につながったCLIOなど、研究テーマは多岐にわたります。
これらの研究は、地下で背景雑音を減らし、地上では見つけにくい極めて稀な現象を探します。神岡では、異なる大学・研究機関が複数の方法で宇宙と物質を調べています。
ニュートリノと重力波が同じ町で観測される意味
現代の天文学では、電磁波、ニュートリノ、宇宙線、重力波など異なる情報を組み合わせる「マルチメッセンジャー天文学」が発展しています。
超新星や中性子星合体などでは、複数のメッセンジャーが同じ天体現象から届く可能性があります。神岡にはニュートリノのスーパーカミオカンデと重力波のKAGRAがあり、それぞれが世界規模の観測網の一部を担っています。
神岡地下研究の年表
| 年 | 主な出来事 |
|---|---|
| 1874年 | 三井組が蛇腹平坑を取得し近代的な鉱山経営を開始 |
| 1905年 | 亜鉛精鉱の採取開始 |
| 1968年 | 厚生省がイタイイタイ病について神岡鉱業所排水中のカドミウムを原因とする見解を公表 |
| 1983年 | カミオカンデ観測開始 |
| 1987年 | SN1987Aの超新星ニュートリノを検出 |
| 1996年 | スーパーカミオカンデ観測開始 |
| 1998年 | 大気ニュートリノ振動を発見 |
| 2001年 | 神岡鉱山の亜鉛・鉛鉱石の大規模採掘終了。スーパーカミオカンデでPMT連鎖破損事故 |
| 2002年 | KamLAND観測開始。小柴昌俊氏がノーベル物理学賞受賞 |
| 2015年 | 梶田隆章氏がノーベル物理学賞受賞 |
| 2020年 | SK-Gd開始。KAGRAが重力波国際観測に参加 |
| 2024年 | 従来のKamLAND観測終了 |
| 2025年 | ハイパーカミオカンデ本体空洞の掘削完了。LIGO-Virgo-KAGRAのO4終了 |
| 2026年 | スーパーカミオカンデ30周年。超新星背景ニュートリノの兆候を報告。KamLAND2建設が本格化。ハイパーカミオカンデ水槽ライニング工事完了 |
| 2028年予定 | ハイパーカミオカンデ観測開始を目指す。KAGRAを含むO5も現時点で開始予定 |
| 2029年予定 | KamLAND2-Zenで高感度ニュートリノレス二重β崩壊探索開始予定 |
一般の人は神岡の研究施設を見学できる？
スーパーカミオカンデは鉱山内の安全管理上、一般の個別見学を原則対象外としています。さらに東京大学は、ハイパーカミオカンデ建設作業のため2026年10月以降、施設見学の受け入れを当面中止すると案内しています。水槽内部も密閉され、通常見学の対象外です。
一般向けには、道の駅「宙（スカイ）ドーム・神岡」に併設された「ひだ宇宙科学館 カミオカラボ」があります。スーパーカミオカンデ、KamLAND、KAGRAなど神岡の研究を体験展示で学べます。2026年9月時点の飛騨市案内では、開館時間は9時～17時、最終入館16時30分、入場無料です。休館日や臨時変更は訪問前に公式サイトで確認してください。
よくある疑問
カミオカンデとスーパーカミオカンデは同じもの？
別の検出器です。カミオカンデは1983年に始まった第1世代、スーパーカミオカンデは1996年から観測する第2世代です。カミオカンデ跡地には現在KamLANDの設備があります。
KamLANDは東京大学の実験？
KamLANDは東北大学ニュートリノ科学研究センターがホストする国際共同実験です。神岡にあるためカミオカンデと混同されやすいものの、研究組織も検出原理も異なります。
KAGRAもニュートリノを観測する？
KAGRAが測るのは重力波です。地下の静かな環境を利用し、レーザー干渉計で空間のごく小さな伸び縮みを測ります。
なぜ同じ神岡にこれほど研究施設が集まった？
厚い岩盤で宇宙線や地面振動などの雑音を減らせること、巨大地下空洞を造れる強固な岩盤があること、鉱山開発で坑道・掘削・排水などの地下技術とインフラが蓄積されていたことが大きな理由です。
神岡の地下は、鉱山から「宇宙を見る場所」へ変わった
神岡の地下研究は、カミオカンデによる陽子崩壊探索から始まり、1987年の超新星ニュートリノ検出、スーパーカミオカンデのニュートリノ振動発見へ発展しました。同じ地下ではKamLANDが地球内部やニュートリノの根本的な性質を調べ、KAGRAが重力波を観測しています。
現在はハイパーカミオカンデとKamLAND2という次世代装置の建設・改造が同時に進んでいます。かつて鉱石を掘り出した坑道と岩盤が、現在は宇宙と物質の最も根本的な問いを調べる実験場になっています。神岡の研究史を支えてきたのは、鉱山から受け継がれた地下空間と岩盤、地下技術です。
参考資料
- スーパーカミオカンデ公式「スーパーカミオカンデ概要」
- Super-Kamiokande Official Website「Research History」
- 神岡宇宙素粒子研究施設「35 years after the detection of SN1987A neutrinos」
- 東京大学宇宙線研究所「スーパーカミオカンデが超新星背景ニュートリノの兆候を捉える」
- ハイパーカミオカンデ公式「ハイパーカミオカンデ概要」
- ハイパーカミオカンデ公式サイト
- 東北大学ニュートリノ科学研究センター「KamLAND2への道」
- 東北大学ニュートリノ科学研究センター「カムランド高性能化計画」
- KAGRA公式「KAGRAについて」
- KAGRA公式「LIGO-Virgo-KAGRA 第4期観測運転終了について」
- 神岡鉱業「沿革」
- 東京大学「奈良時代から続いた鉱山で宇宙と素粒子を観る『神岡の東大』」
- 環境省「令和8年版環境白書 イタイイタイ病」
- Nobel Prize「The Nobel Prize in Physics 2015」
- 飛騨市「カミオカラボについて」
- スーパーカミオカンデ公式「施設見学」
情報は2026年9月20日に確認しています。建設・観測スケジュールは今後変更される場合があります。
