科学機器

産 学 官との 連 携

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科学の峰々

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東京大学
理学博士

素粒子物理国際研究センター

山下

特任教授

さとる

了 先生 に聞く

日本発・世界の物理学を牽引する世紀のプロジェクト
国際リニアコライダー・ＩＬＣ 上
聞き手：野村藏満

取材日：2016年5月18日
東京科学機器協会会議室

篤史 日本科学機器協会 広報委員
同専務理事
邦弘

（取材・撮影・編集協力：クリエイティブ・レイ㈱山下

了 先生のプロフィール

1994年

京都大学大学院 博士後期課課程終了

1995年

東京大学 素粒子物理国際研究センター助手安井久雄）

京都大学 理学博士取得
1996年

日本学術振興会海外特別研究員

1998年

CERN/LEP OPAL実験ヒッグス探索グループ統括責任者

1999年

ILCヒッグス物理研究アジア責任者

2003年

東京大学 素粒子物理国際研究センター 准教授

2012年

国際リニアコライダー ILC戦略会議委員

2014年

一般社団法人 先端加速器科学技術推進協議会
連携戦略推進コーディネーター兼大型プロジェクト研究部会長

2016年

東京大学 素粒子物理国際研究センター
特任教授

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“ビッグバンを再現する”
世界が夢見た世紀の研究施設が日本に！

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─ 山下先生が進めてこられた「国際リニアコライダー・I L C」は、世界が注目する世紀の大プロジェクトだと伺っています。国際リニア
コライダー・I L Cとはどのようなも

─ 世界的にも、もちろん日本の─ I L Cは、従来の加速器と比のなのか、簡単に教えていただ

科学界においても重大なプロジェべて何が違うのか…？ を伺う前に、けますか。

クトなのですね。

加速器とは何をするものなのか、I L Cは宇宙の始まりを解明する基礎的なことから教えていただけ

わかりやすく言うと、宇宙というものですが、具体的にはどますか。のはじまりであるビッグバンと同じ状のような研究施設が作られるので況を再現できる世界最大の加速しょうか。

山下器の施設、それが I L Cです。

山下 日本では現在１,４００もの加速器が運転しています。加速山下

東北の北上山地の地下に器は端的に言うと、粒子に運動エたと言われる宇宙の始まりですが、全長数１０kmの巨大な「直線型ネルギーを与えて速度を上げるたその現象を再現できる研究施設の加速器」が建設される予定です。

めの装置です。物質を構成していの実現は、世界の物理学者の夢最も深いところで地下約３０mのとる電子や陽電子を加速させることとも言えるものでした。その研究施ころに建設されることが計画されてにより、通常では分からないさまざ設が日本にできるわけです。

いて、現時点での着工は、東京まな現象が分かるわけです。

ビッグバンは１３８億年前に起き

I L Cは、国内で産官学が連携オリンピック後の２０２２年頃の予定

粒子を加速する例として、電気して進めてきたものですが、そのです。建設に向けて設計や装置のS極とN極の力で加速させるリニ

意味合いは日本一国にとどまるもの調達や開発の検討、さらにはコアモーターカーの構造と似ています。のではなく、長年世界中の国々とスト管理や資金計画などが多方面加速器を使った研究で生活に連携して企図されてきた、まさにで着々と進められているところです。

応用されている例は数々あります

夢の国際共同プロジェクトなのです。それは決して大げさではなく、人類の科学を大きく進歩させる施設になることは間違えありません。
また、その施設が日本にできる数１０kmの直線型加速器で光速化した粒子がナノの精度で“衝突”が、身近な例で言うと、以前のブラウン管テレビがそうです。ブラウ
ン管のテレビは加速器の研究から生まれたもの、というよりも加速器そのものと言えます。ということは世界の科学、特に素粒子物理学研究の仲間が数千人、そして I L C関連企業とその仕事に従事する数万人規模の人々が集結する一大拠点になるという本
当に大きな意味があるのです。

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産 学 官との 連 携829─ ブラウン管テレビが加速器？

は「直線の」という意味で、そのるとそう簡単に長さを延ばすことはとは、どういうことでしょうか。

まま「（国際的な）直線型をしたできませんが、延ばすことができる衝 突させ る 加 速 器 」 ＝のは直線型のメリットです。

2017・
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簡単にいうと、光を曲げる「International Linear

その延ばす方法も比較的簡単

ための電磁石と加速するための加Collider」略してＩＬＣという名称にで、数１０kmの直線型加速器と速装置の２つでできていて、この２なるわけです。

いっても実は１器約１２mのモジュつで「加速しながら曲げる」のでールを電車のように連結していく構す。ブラウン管テレビは熱によって─ 加速器というと円形のものを造なのです。延ばしたくなったら電子を出し、それを電気で加速さ思い浮かべる人も多いと思いま連結数を増やせばよいのです。こせ、磁石で曲げて、集光させてす。ＩＬＣは直線型の加速器というした多数のモジュールを連結し蛍光体に当ててテレビ画面を作っうことですが、長さはどれくらいにた施設は既に実現しています。ているのです。加速器はまさにそなるのでしょうか。
─ 最大で直線５０kmの加速器のようなもので、電子のタネを作って加速させて磁石で曲げてターゲ

山下 最初は２０kmからスタートしというと、東京駅を拠点に東は成ットに当てる、という装置なのです。

ます。ですが運用してゆく中で２３田、南は横須賀、西は八王子、km、３０km、５０kmと段階的に北はつくば、までとすごく巨大な長くしていく予定です。長くなるほ施設になりますね。

ど加速することができ、粒子に与えられるエネルギーが大きくなるわ

山下けです。円形の加速器は一度作と比べると、スイスのセルンという大きさを世界にある加速器電気の力で加速、地場で粒子を曲げる

─ 先生のお話で、加速器がすごく身近になったような気がします（笑）。
山下

では日本に建設が予定されている「国際リニアコライダー・
I L C」 は、これまでの加速器と約20km→30km→50kmへと延長予定

何が違うかというと、ターゲットに当てるのではなく、２方向から粒子を加速させてそれを衝突させるのです。片方から電子を、もう片方から陽電子を光の速さのレベルに加速して両者を衝突させます。
英語の “collide（コライド）”は「衝突する」、“linear（リニア）”
国際リニアコライダー・ILC計画の完成予想図

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国際リニアコライダー・ILC計画の完成予想図

研究所にある円形の加速器は円えられるから、粒子に巨大なエネ

─ そしてその衝突で、ビッグバ

周２７kmで東京・山手線とほぼ同ルギーを持たせたまま衝突させるこンの状態が再現できるわけですね。

じ大きさになります。セルンというのとができます。
山下は現在の物理学研究の世界的な厳密に言うと「宇宙創生の拠点であり、この加速器で2012年

─ ひと口に“衝突させる”といっ

ビッグバン直後である１兆分の１秒に「ヒッグス粒子らしき素粒子」ても、電子や陽電子はものすごく後の状態」が、１秒に１万回再現が発見されたことは大きなニュース

微少なものですよね。

できることになります。これがＩＬＣで、になりました。しかし円形であると完成すればもちろん世界でただ１いうことは、加速させた粒子を曲山下

I L Cの衝突の精度としてつの加速器になります。そしてそげなければいけないわけで、せっはナノメートル。ナノメートルというの研究により、ビッグバンの当時にかく粒子に与えたエネルギーが減のは１００万分の１メートルですから、宇宙を支配していた法則や素粒ってしまう問題があります。その問

ウイルスの１００分の１くらいになりま子を観測できることになります。

題が直線型のＩＬＣではなくなり、す。その精度で極限速度である

I L Cはこれほどの精度が必要十分な加速を与えられるだけの距

光速近くまで加速した電子と陽電とされるので、振動が多い東京の離があり、エネルギーの低下も抑子を衝突させるわけです。

地下であったり、鉄道や高速道路

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8292017・7産 学 官との 連 携が近い場所でやろうとしてもとてもりなど、あらゆる変化が素粒子でクマター（暗黒物質）と言われてできるものではありません。そうし決まっています。というのが、宇います。その候補はある素粒子とた環境、地盤や地層の問題など宙の仕組みが素粒子と完全に１対言われています。

さまざまな角度から検討して選ば１で対応しているのです。なので、れたのが東北の「北上山地の地よく素粒子の研究と言うと“物が何─ そして宇宙の運命を決定づ下」なのです。

で出来ているのかを調べている”とけたというもうひとつの素粒子がこの建設場所について、もしか思われがちですが、そうではなく「ヒッグス粒子」ですね。ニュー

したら東北復興の起爆剤のために、「宇宙の法則を調べている」といスなどでも話題になりましたが、と思う方もいるかもしれませんが、うことなのです。

簡単に教えていただけますか。

図は皆無です。候補地は東日本

─ 全ての物質は原子核があっ山下 ヒッグス粒子は特別な素粒大震災が発生する以前から、のて周りを電子がまわっていて……

子で、モノを作っている素粒子でべ１０年以上かけて３０ヶ所以上あということですが、素粒子はそれはなくてあらゆる素粒子の「質量」った候補地から研究を行うのに最よりさらに小さいもの、ということを生み出す原因だと考えられていも理想的な要件を諸々検討して絞でしょうか。

ます。実はヒッグス粒子は“神の素はっきり申し上げておくと政治的意粒子”とも言われ、私たちの周りにり込まれてきました。その結果、最高の研究環境を作りうる場所とし

山下そういうことです。素粒子あるのです。というよりも宇宙の全て残ったのが東北・北上山地なには「物質を作る素粒子」「力をての物質はヒッグス粒子にどっぷりのです。

伝える素粒子」「質量を与える素浸かっています。私たちには何も粒子」といったものがあると考えら見えていませんが、この世界はヒれています。

ッグス粒子で埋め尽くされているの素粒子とは？「宇宙の法則」を解き明かす研究

その中で、宇宙全体を決定づです。例えば海の中をイメージしけてしまったような二大素粒子があてみてください。私たちが海の魚で─ お話に出てきました「素粒って、ひとつが「ダークマター」、ヒッグス粒子という海の中にどっぷり子」という言葉は、近年ニュース日本語で言うと「暗黒物質」といと浸かって生きているようなものです。などでよく耳にするようになりましうもの、もうひとつが「ヒッグス粒子」た。山下先生の専門分野ですがこれは質量を与える特別な素粒子

─ ヒッグス粒子がないと、どう「素粒子とは、物質を構成する最です。

なるのでしょう。

─ 「ダークマター (暗黒物質)」

山下 ヒッグス粒子がなかったとしとは何でしょうか。

たら、全ての物質が質量を持たなも基本的な最少の粒子」という認識でよろしいでしょうか。
山下くなります。どうなるかというと空中素粒子は、あくまで現時点ですが「これ以上小さくすること山下

何かと言われると、実は全に浮いてしまうといったことだけでなが出来ない単位」のものです。しく分かっていません。銀河がまわっ

く、全てが原子も何もなくバラバラかしそれだけでは説明は不十分ているスピードを調べると、そこにになります。私たちの体も１０億分で、素粒子は全ての変化も司っては見えない物質がたくさんあるといの１秒で一瞬にしてバラバラになっいます。

うことが分かっているのです。物てしまいます。質量がなくなるとい例えば力が働くことであったり、質がたくさんあるけれど、それがうことは全てのものが光のスピード摩擦であったり、磁力が発生した

何であるかが明確に分からずダーになるということなので、そういうこ

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山下

昔で言うと錬金術なわけでとが起きるのです。ですから私た

先ほど話した「ダークマター（暗ちが生きていられるのはヒッグス黒物質）」は、どのレベルのエネすよね。その錬金術のような原子粒子があるおかげなのです。でも、ルギーで見つかるかは未知です。

核を変換することが加速器で出来ヒッグス粒子があまりにも身近にあもしかしたら２０kmの加速器で見るということです。理論的には以ったものだから、長年誰もその存つかるかもしれないし、どこで発見前からありまして、自然界でも似た在に気付かなかったのです。

されるか分かっていません。

ような現象はあるのです。それをコントロールすることが加速器の発

実は、人間は本当に分からないことだらけの中で生きているの─ＩＬＣによって「ダークマターです。宇宙の法則はいまだ４％の素粒子発見」という世紀の大程しか分かっていませんし、人ニュースを耳にすることもあるかも間はわずか４％程の宇宙の法則しれないという期待が膨らみます。

を使って生きていて、残り９６％はもちろんＩＬＣを使った研究で、身何でできているのか…？何でそう近な生活に活用されるテクノロジいう現象が起こるのか…？全く分ーも生み出されることにつながる─ 伺ってきた素粒子や加速器かっていないのです。

わけですね。

を使った研究の成果には、既に加速器で“現代の錬金術”のようなことが可能に達で可能になってきます。

実は、 インターネットは素粒子、 加速器の研究が生んだスピンオフ私たちの暮らしの中にも数多くあ山下 その可能性は無限に広がるのでしょうか。っていると思います。
人類史から素粒子の研究を位

山下“素粒子”や“加速器”という─ 加速器はどれくらいの長さ置づけると、より「モノの基本的言葉は遠いものかもしれませんが、があれば、どんな素粒子が研究なこと」を追求してきた流れの中その研究成果が日常生活の中にできる、という目安はあるのでしょにあります。人間が行ってきた最膨大に見られるのです。

うか。

初のことは「モノとモノを組み合大きく言うと、見えないものを見わせる」ことでした。それが化学ようと進めてきた研究の分野と、そ山下 ヒッグス粒子の研究にはの出現によって「分子を結合させの研究を進めるために世界が結２４０GeV（ギガ電子ボルト）のる」 段階に移りました。そのうち、ばれたことで生まれた派生技術のエネルギーが必要とされていて、モノには原子があることがわかり面と２つがあります。後者の代表

これは直線で２０kmの加速器で「原子を制御しよう」ということにな的なものは、実は、今や誰もが毎可能になると考えられています。

りました。

日のように使っているインターネット

すなわちＩＬＣのスタート時に予定そして今は原子核を制御する、されている長さです。次に直線あるいは原子を変換させてしまうと２３kmまで延ばすとトップクォークころまでいっています。原子核を変─ えっ、インターネットが素粒子という素粒子も研究対象にできま換させると、そのモノの寿命が変や加速器から生まれたのですか。

す。さらに直線３０kmになると２つえられることができるのです。

です。

山下のヒッグス粒子を同時に生成して意外に思いますよね。イン

研究することができます。このよう─ 原子核を変換させるって、ターネットのＵＲＬに「www」 のな研究対象を見据えて、ＩＬＣも加物質そのものを違うものにすると表記で見られるワールドワイドウェ

速部を全長20km〜50kmへ延長いうことでしょうか。

ブ、それは素粒子の研究のためしていこうという計画です。に世界をつなぐ必要があって、ス

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イスにある「セルン」という世界感知するセンサーに属するわけで

─ＩＬＣが東北・北上山地に完最大の素粒子研究所で、おおもすが、医療用のセンサーは、音成すると、世界の素粒子研究のとが開発されたものなのです。ここや温度によるセンサーを除けば、発信地が日本に代わるということは世界のさまざまな国の科学者が素粒子物理学から生まれたものがですね。

共に素粒子を研究しようと１９５４年ほぼ１００％と言えます。新しい原に設立されたわけですが、ＥＵの理を開発して、今まで見えなかっ山下 そうです。I L Cによって、前身であるＥＣが出来るよりも前なたものを可視化したり、イメージン

今世界の一大研究拠点になってのです。つまり物理の研究面ではグしたり、電気信号に変えるとかいるスイス・セルンのように、北上政治よりも先に国際協力が進んでを素粒子の研究は行ってきました。

山地がそうなるわけです。これはいたわけです。

それをすぐに医療に応用してきたすごいことで、世界の最先端の頭わけで、素粒子の研究と医療は脳集団が東北・北上山地に集結

常に最新の事象を対象に行う必親和性が最も高いと言えると思いするだけでなく、ひいては北上山要があるので、いろんな国の研究ます。がんを診断するＰＥＴ診断も地周辺に研究施設であったり、研者が一緒に、リアルタイムに双方その１つです。

究を応用して商品にする企業・団

そして素粒子の研究というのは、向通信を行う必要があったわけでまた、最近リニア新幹線などで体などまでが拠点を置くようになるす。そうした中で、アメリカがかつも話題になる「超伝導」も、大規でしょう。そうすれば数万人規模て軍事用に使っていた海底ケーブ模に初めて実用化したのはアメリの人々が集まる「科学の最先端ルを民間に開放するというようなこカのフェルミ素粒子研究所という拠点」となるでしょう。文字通りともあって、インターネットの基本の素粒子の分野なのです。

I L Cは、世界の未来と日本の未ブラウザが生み出されたわけです。

来を開く大プロジェクトと言っても過素粒子の研究のためにどうしても─ そうした革新技術を生みや必要だから生まれた技術で、スイすい状況が、素粒子研究にはあスのセルンにはその第１号機があるのでしょうか。

─ 地震の心配はありませんか。

山下

素粒子研究は、新しい技

山下 日本全国の地層・地盤をで、スピンオフで生まれた派生技術をみんなで生み出さなければなら調べた上で、もっとも安定した場術もあるわけです。

ない宿命のもとにあるとも言えます。

所が北上山地でした。

言ではありません。

るのです。
こうした素粒子研究を進める中他の分野ではある現象を色ん─ 山下先生は、インターネットな人が色んな面から研究することを使った第１世代の一人、というで多様性を解明することにも重要ことになるわけですね。さて、素性が置かれますが、素粒子は逆で、粒子研究が進めたもう１つの面１つのものを世界の全員がみんな「見えないものを見る」という分で追求する、数千人が同じ研究野で生まれた成果では、どのようをやるわけです。わかりやすく言うと、なものがあるのでしょうか。

１番にならないといけないわけですが、１人では出来ないから世界で山下

特に医療の分野では多数協力する、という分野です。です

あり、最も身近なものがレントゲンから、とてつもない技術が生まれうです。レントゲンも体内の異常をる分野が素粒子なのです。

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宇宙の始まりのビッグバンを再現する！
そしてその研究に世界トップの頭脳集団が集結する「世界一の知の拠点」になるのがＩＬＣです。

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超伝導加速器とナノメートルでのビーム制御技術

人類が背負う課題に答えを与える大きな可能性いない現状があります。このＡＤＳいけないのは全世界の課題です。

核変換はそんな物質の寿命をなん

例えば核廃棄物を数万年保存と１００分の１に変換しようというもの

するとなると、その数万年に耐えうなのです。

る構造体をどう製造するのかなどの

─ＩＬＣの研究成果が生むメリ問題がありますが、数百年になるとットとしては、どんなことがあるで─ それは原子核を変換させる現実的に可能な方法を検討するしょうか。

ことで、可能になると考えられて道筋が見えてくることになるのです。

いるのでしょうか。
山下

すごく重要なことに「ＡＤもちろんＩＬＣの技術の応用先は、他にも医療の分野や半導体、宇Ｓ核変換」というものがあります。

山下

核廃棄物に加速器で大強宙開発など、数え切れないほどのこれは、今、世界中で課題にな度の陽子で生成された中性子を分野におよぶことは間違いありませっている原子力発電所などで発照射することで、未臨界で核変換ん。しかし重要な応用先のひとつ生する核廃棄物の処分に大きな（元素変換）を起こし、１００分のとして世界が課題としている核変活路を拓くものとして期待されて１に短寿命化することが考えられ換による核廃棄物の短寿命化がいます。ています。

あげられると考えています。

例えばプルトニムであれば放原子力発電を日本国内でこれか射能の半減期が2万4000年ほどらどうしていくかにはさまざまな議論もあり、処理の方法として地下にがあると思いますが、それとは別埋設して厳重に保管をすることに世界に目を向けると原子力発電が議論をされていますが、さまざなどの核廃棄物は増えていく現実まにある懸念材料をクリアできてがあります。これをどうにかしないと次号「科学の峰々」では、引き続き山下了先生に日本発・世界の物理学を牽引する世紀のプロジェクト
国際リニアコライダー・IＬＣ（下）をお話いただきます。

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