高エネルギー加 速 器 研 究 機 構

KEK 広報誌

016

鳥 はなんと鳴く

羽の

特集

ス

ラ

一口に素粒子と言っても、いくつかのグループがある。

ッ「クォーク」とは、その一つのグループの総称だ。

ク

直 とばかりに﹁ 小 林・益 川 理 論 ﹂実 証の二度の大 実 験の経 験から ︑三 度 目の正ためのBファクトリー実 験に青 春 を 賭
ける実 験 家 ︒

益 川と同 年 代の理 論 物 理 学 者 ︒K E K
論センター︶在 任 時に小 林・益 川 理 論にの理 論 部︵ 現 素 粒 子 原 子 核 研 究 所 理
着 目し︑良き理 解 者となる︒

益 川と小 林の恩 師で︑上 下の区 別 なく
議 論 でき る 場 を 与 えた ︒クォークの 発

Shoichi Sakata

で書 記 長 を 務めていた︒て 小 林 と 再 開したころは︑大 学の組 合

数 学が得 意 ︒京 都 大 学の教 員 同 士とし

声 が 大 き く ︑好 奇 心 旺 盛 で 議 論 好 き ︒

坂田昌一

た。世 界で つの実 験が計 画された。

ケーイーケー

まもなく、スタンフォード線 形 加 速 器センター（ S L A C ）と高エネルギー加 速 器 研 究 機 構（ K E K ）の大 実 験 競 争が始 まった 。実 績のある S L A C と 駆 け 出 しのK E K 。
勝 負は見えていたように思 われた。K E Kの山 内 正 則は、
この競 争の勝 敗は「いかに早 く 大 量のデータを 獲 得できるか」にかかっていると考えていた。

さらに、陽子と中性子も最小パーツ「素粒子」からなると考えられている。

名 古 屋 大 学 理 学 部の坂田研 究 室で先撮 影が好 き な ︑思 慮 深い穏やかな 青 年 ︒

高 校 時 代は硬 式テニス一 筋 ︒星 と 写 真

Toshihide Maskawa

その後 、山 内 ら K E Kは世 界の多 くの物 理 学 者 たちとと もにさま ざま な 困 難 を 乗 り 越 えてデータを 集 めるス
ピードを上げていった。

崩 壊における「 C P 対 称 性の 破 れ 」を 確 認 。理 論 提 唱

そしてついに、S L A C・K E Kの両 者 ともにB 中 間 子から 実に三 十 年 近い年 月 を 経て、小 林・益 川 理 論により

原子は原子核とそのまわりの電子からなり、原子核は陽子と中性子からできている。

輩である益 川 敏 英と出 会う ︒

クォークと鳴く鳥を探すための道具は「加速器」だ。

「 C P 対 称 性の破れ」が説 明できることを 証 明したので

しかし原子も分けることができる。

益川敏英
小林 誠

あった。

数多くの科学者の奮闘を経て、今では当たり前のように教科書に載っている。

2 0 0 8 年 、小 林 誠・益 川 敏 英の二 人はノーベル物 理 学

第二、第三世代のクォークは原子核以外から見つかった。

賞を受 賞した。理 論 物 理 学 者 小 林・益 川とそれを証 明

これ以上分けられない最小単位だと思われた。

Makoto Kobayashi

陽子と中性子から見つかった2 種類のクォークは第一世代と呼ばれる。

した 山 内ら実 験 物 理 学 者 たちは「 なぜ世 界は存 在 する

当初は、存在自体が信じられていなかったが、想に影 響 を 与 えたといわれる﹁ 坂 田 模

CAS T
どうやら鳥の鳴き声らしい。

型 ﹂の考 案 者 ︒

彼が好きだった前衛文学の一節から名付けた。

証されたが、「 C P 対 称 性の破れ」を 説 明 するには大 量クォークという妙な名前は、1964 年、その考え方を提唱した科学者の一人が、クォークの存 在を物 理 学 者たちが半 信 半 疑ながらも受け入れ始めていた 1 9 6 0 年 代 。大 学 生の小 林 誠は坂 田昌一が率いる自 由な気 風の研 究 室に入 門 する。そして
学 年 上の益 川 敏 英 と 出 会 う 。益 川は大 きな 声 と 鋭い弁
舌が特 徴の議 論 好きな若 者だった。
数 年 後 、小 林は益 川と共 同で「 C P 対 称 性の破れ」とい種 類 以 上 存 在 」すれば、C P

う 現 象を説 明 するための理 論（ 小 林・益 川 理 論 ）を発 表した。
「クォークが三 世 代
対 称 性の破れが説 明できるというものである。
クォークがまだ二 世 代 しか発 見されていなかったために物 理 学 界に突 飛 な 印 象を与えたこの理 論は、菅 原 寛 孝の論 文によって世 界に認 知されていく。

1 9 7 0 年 代 後 半の物 理 学 界では次 第に小 林・益 川 理
論は立 証されるのかということが関 心の的となっていった。
1 9 9 5 年 、 番 目のクォーク、
トップクォークの存 在が
種 類のクォークが存 在 することが立Masanori Yamauchi
Hirotaka Sugawara

5の粒 子を作り出す大 規 模 実 験を行 わなければならなかっ確 認され、三 世 代

山内正則
菅原寛孝

6

その 後 、 番 目 、 番 目 のクォークの 存 在 が 確 認 され 、
566

近代になってやっと原子が見つかったときには、のか」という 巨 大 な 疑 問 を 解 く 鍵 を 世 界に与 えたので世代ごとに桁違いに高いエネルギーが必要とされ、より大きな加速器が作られた。

Page : 2

しかし、物理学の世界にはクォークを見つけるだけでは解決しない大きな謎が残されていた。

4

6

長い間、
「すべては火・風・水・地でできている」と信じられていた。

ある。

アリストテレスの昔からあった。
6 羽の鳥はなんと 鳴 く「この世界は一体何でできているのか」という素朴な問いは、

STORY
IN T RO D U C TI O N

言する対称性の破れの起源の発見」により益川敏英とともにノーベル物理学賞を受賞。

広い視 野 を 持 ち ︑
好 奇 心 のお も む く ままに

ノーベル物 理 学 賞 を 受 賞 し た﹁ 小 林・益 川 理 論 ﹂を 発 表 し た と き ︑小 林 誠 は二十 八 歳 で し た ︒

もっと 知 り たい︑好 奇 心 を 満 た し たい︒そ ん な 思いで 研 究 を 続 け て き た といいま す ︒

小 林 の 少 年 時 代 ︑研 究 に 没 頭 し ていた 若 手 研 究 者 時 代 ︑Page : 4

京都大学時代の小林 誠

年よりKEKに勤務。素粒子原子核研究所所長や理事を務めた。2008 年「クォークが少なくとも三世代（ 6 種類）存在することを予

理論物理学者 小 林誠──どんな少年時代でしたか ?

院生が学生の教育に関わる形で教室に来ていて、
その中に

れ」
を、
そのゲージ理論で説明できないかと話し合い、論文のいろいろと理屈を考えるのは好きでしたけど、近所の子と野球

5 学年上の益川敏英さんがおられました。

テーマに選びました。素粒子のあり方を統一的に考えたときを楽しむ、
ごく普通の子どもでした。中学、高校では、部活で──益川先生はどんな方でしたか ?

硬式テニスを続け、テニス中心の毎日でした。勉強は好きで第一印象は、小さな体からやたら大きな声を出す人だなあと。

はなかったですね。授業は集中して聞きましたけど、家で机に向かうのは嫌いでした。
物理に進もうと考えたのは、アインシュタインとインフェルトが書いた『 物理学はいかに創られたか』という本を読んだのが思ったのです。

──理論を作るのは大変でしたか ?

くかったです。益川さんとは、密度が濃いお付き合いを続けま

大規模な計算をしたわけでもなく、「 CP 対称性の破れ」というした。大学院で研究を始めたときから、益川さんを中心とする数人のグループの中に入って共同研究を続けましたので。
その後、益川さんは京都大学に移りましたが、名古屋と京都の授業では習いません。もっと、ちゃんと理解したいという好に別れてからも共 同 研 究を続けていました。2 年 後 、私が京都大学の助手に採用されたのをきっかけに、何か新しいこと──なぜ名古屋大学に進んだのですか ?

をやろうという話になりました。

当時の名古屋大学には、
日本の素粒子物理学の第一人者、──なぜ「 CP 対称性の破れ」をテーマに選んだのですか ?

坂 田 昌 一 先 生がおられました。自分は中 学 生ぐらいのとき、

素 粒 子 物 理 学は 1 9 3 0 年ごろに始まり、混 沌とした状 況が坂田先生が提唱された「坂田モデル」という言葉を知りました。

続きました。1970 年代に入って「ゲージ理論（すべての力は

当時の名古屋大学の物理教室は民主的な雰囲気で有名で、「ゲージ粒 子 」の交 換で伝わるという理 論 ）」で大きな進 歩

それを主導されたのは坂田先生です。非常に自由な感じでしがあり、それまでの断片的な事象が統一的に理解できるようた。そこは他の大学とかなり違っていたかもしれません。大学になりました。そこで、1964 年に発見された「 CP 対称性の破PRODUCTION NOTEに CP の問題はどうなるのか、それを取り残してはいけないと

しかも、独特の論理で話しますから、慣れるまでは聞き取りにきっかけです。本に出てくる相対性理論や量子力学は高校
奇心がふくらみました。

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M A K O T O KO BAYASHI

研 究 者 という 仕 事への 思いを 聞 き まし た ︒

6 羽の鳥はなんと 鳴 く

小林 誠（こばやし まこと）： 1944 年生まれ。KEK 特別栄誉教授。1973 年に益川敏英と共同で「小林・益川理論」を発表。19791

京都大学理学部助手時代の小林誠（後列左端）と益川敏英（前列左）「 CP 対 称 性の破れ」とは宇宙の始まりであるビッグバンでは、物質をつくる「粒子」と反物質をつくる「反粒子」が同じ数だけ作られたと考えられています。粒子と反粒子がペアでできる「対 生成」が起きたとされているからです。
その逆の反応として、粒子と反粒子が出会うと消滅してしまうこと（対 消滅）が分かってい物理学者はこの一因に「 CP 対称性の破れ」と呼ばれる性質があると考えています。Cはチャージ（電荷）、Pはパリティ（鏡像）の頭文字です。CP 対称性が破れているとは、粒子と反粒子が対等でないことを意味します。

1964 年、中性 K 中間子と呼ばれる粒子の壊れ方を調べた加速器実験で、粒子と反粒子ます。同数あったはずの粒子と反粒子は大部分が消え、いまの宇宙は生き残りの粒子だが完全には対等でないことが分かりました。

けでできているということです。全て消えてしまっても不思議ではなかったのに、どうしてこの

これは、宇宙に物質だけが残った理由にもつながるかもしれない重要な問題で、小林と益宇宙は存在しているのでしょうか？

川はその理論的解明をしようと考えたのでした。現在も盛んに研究されているテーマです。

K EK S tories: Vol .01

特集

I N T E R V IE W

6 羽の鳥はなんと 鳴 く現象はあるわけですから、
それほど時間はかかりませんでした。

──小林先生が今、20 代の研究者だとしたら、何をしたいで新しい理論、統一的な視点みたいなものができた中で、
どう

すか ?

説明したら良いかを考えました。当時考えられていたクォーク

他 分 野の研 究についても興 味をひかれるものはありますが、4 種では説明できない。何か新しい粒子が必要だというのが、20 代に戻れたとして、そこに飛び込むかというと、難しさが分

私たちの結論でした。そのため、2 種類のクォークを加えることかっているだけに、なかなかね。われわれの分野の研究でも、を提案し、6 ページの論文にまとめたのです。その後、1977 年

分からないことがいっぱいあります。知りたいことは、
どこまでに5 番目、1995 年に6 番目のクォークが発見されました。

も終わりがありませんが、ついていけなくなります。最前線の論文を発表したころ、素粒子物理学の世界が激しく変化して仕事を続けることは大変なことです。

いたのは、若い私たちには幸運なことでした。経験や蓄積が研究は多くの場合、研究者個人の好奇心から始まります。基あまり意味を持たなかったので、思い切った提案がしやすかっ

礎研究の場合、役に立つとか、
そういうことはあまり意識しまたのです。

せん。一人ひとりの研究者の好奇心に基づく発見の集積が、──当時、まだ28 歳でしたね。どんな若者でしたか ?

総体としての科学の発展を促し、それが世の中の役に立つというように考えています。ある意味、
わがままな仕事です。

研究室中心で、他にやることは何もない生活でした。夜遅い──小林先生の基礎研究の流儀とは ?

時間まで大学院生のみなさんと過ごし、大学近くの定食屋で一緒に夕ご飯を食べることが日課でした。焼き魚や照り焼きの1972 年当時考えられていたクォークと現在見つかっているクォークの比較ような普通の定食を食べて、その後、また議論していました。

人とディスカッションはしますが、最終的には自分で考えないといけません。一人で考えて間違えることがあるかもしれませ

PRODUCTION NOTE

Pag e: 7

特集

変化が激しく、経験があまり意味を持たない時代、考えることはいっぱいありました

小 林・益川理 論の強力な後 押し

3

小林・益川論文は当時課題とされていた中性 K 中間子に生じるCP 対称性の破れ現象を、 界的な認知を後押ししましたが、決定的だったのは、菅原とハワイ大学のサンディップ・パク
知られていた3 種のクォークに加えて、当時可能性が考え始められていた4 種類目のクォー

クが存在したとしても解決できないことを示しました。解決するために提案した3 つの案のうバサが 1976 年に公表した論文で「 6 種類のクォークによって解決する案が正しい」と論じたことでした。後に菅原は、KEK の所長として、小林・益川理論を実証することになるBファ

ちの一つが、クォークの種類を4 種類ではなく6 種類にするという理論でした。
しかし、小林・

クトリー実験を実現しました。

KEK（当時の高エネルギー物理学研究所）の菅原寛孝が国際会議で同論文を紹介し、世小林・益川理論で良いのではないかとの発言があったことも大きな後押しでした。

益川論文の公表直後は世界的な反響はほとんどありませんでした。

1978 年に東京で開催された国際会議で、南部陽一郎から、CP 対称性の破れの解決はんが、それは当たり前です。みんながいろいろな間違いをして、になる。
しかし、科学の進歩のためには、狭い領域にこだわり

その中に、何か正しいものがあればよい。それが基礎研究の過ぎず、広い視野を持ち続けることが大切です。目の前の問答える小林博士。少年のように自然体で、チャーミングな方考え方です。

題を解決するのに忙しくても、必ず基本に戻って考える。そのでした。

──科学に興味がある若い人に伝えたいことをお願いします。

習慣をどうか忘れないでほしいと思います。

現在の科学、特に先端的な研究は、非常に専門化が進んで─
─今後、KEK の研究者に期待することは何でしょうか。

います。先端の研究を続けるには、専門的な知識を身につけ加速器は基礎研究から応用研究まで広い範囲の研究に使るトレーニングが重要です。それで狭い領域に集中すること

質 問 一つひとつにゆっくり、ふさわしい言 葉を選びながら、

28 歳で理論を発表された背景には、素粒子物理学の変化が激しい時代があったのですね。
「不確実性の時代」とされる現代も、若い世代に大きなチャンスが開かれているのかもしれません。（インタビュアー：田中京子）

われています。KEKは加速器科学の世界的なセンターの一つであり、世界中から多くの研究者が集うユニークな研究所です。分野を超えた研究者の交流の中から新たな科学の芽

PRODUCTION NOTE

2が生まれることを期待しています。

小林・益川理論誕生前夜

1950 年代、理論物理学者 坂田昌一（ 1911-1970 ）は、それまで考えられてきた「素粒子」

は陽子と中性子とΛ粒子からなるという「 坂田模 型 」を提案しました。1960 年代、坂田模型を進 化させた「クォーク模型 」が生まれました。一方、対称 性によって決まる特 定の素現象を説明する理論として認知され始めていました。
また、坂田昌一は、名古屋大学に年齢や立場の区別なく自由に考えたことを議論できる、粒子の交換によって力が伝わるという「ゲージ理論 」という考え方が生まれ、南部陽一郎

電子メールもインターネットもない時代、現代に比べれば得られる情報量は少なかったはず（ 1921-2015 ）がその対称性の破れによって素粒子が質量を得るという考え方のヒントをですが、2 人の若者には互いの疑問や考えをぶつけて議論できる環境があり、ぴったりのPage : 6

与えていました。
さらに、1970 年代になるとそれらの考えを統一した「標準理論」が素粒子

小林・益川理論が世に出て8 年後の 1981 年、米国のアシュトン・カーターと三 田一郎によって、当時としては画期的な研究室を作り上げました。益川と小林が学んだ「坂田スクール」です。

この理論を検証するための方法が提案されました。
中性 K 中間子で見つかったCP 対称性の破れは 0.2% 程度とごくわずかでしたが、ボトムクォークを含むB 中間子で実験すれば、大きな破れが見つかるはずだと指摘したのです。

相手がいたのです。

この論文に基づき、B 中間子での CP 対称性の破れを検証する「 Bファクトリー実験」が世界各地で計画されることになります。
2001 年、文化功労者に選ばれたころ（左）小林 誠（右）益川敏英

測定器を使った実験のグループ共同代表者を務めた。2015 年よりKEK 機構長。

実験物理学者 山 内 正 則

1999 年、KEK は B 中間子の CP 対称性の破れの発見を目何とかしてルミノシティを上げるんだ

私はこのとき、加速器に『ピップエレキバン※ 』
を貼ったらいい指して「 Bファクトリー実験」を始めました。電子と陽電子を普通、加速器は完成後、試運転と調整を繰り返して徐々にのではと考えました。薬局で大量に買って、模型を作って試し実際にあったことをお話ししますとね、実験を始めて数年経っ加速して衝突させ、ごくまれに生じる現象を超高精度で観察てみました。が、全然効きません。もっと強い磁石でもダメで、たころのことです。データ解 析をしていたら、探していた「 小する難しい実験です。加速器チームと測定器チームとの密接性能を上げていきます。KEKB 加速器の場合、SLACとの競争があったので「ルミノシティ」と呼ばれる衝突性能を早く高結局、ビームパイプにコイルを巻いて電磁石にするとうまくい

な協力が不可欠で、KEK の総 合力が試される研 究 計 画とめる必要がありました。
しかし、初めの 2 年ほどはこの性能がくことが分かりました。そしてこれが、ルミノシティ改善の大き林・益川理論の CP 対称性の破れ」とは異なる「破れ」が見えた。
もし本当なら大発見だ。この高揚感はすごかった。

な一歩になったんです。

「やったぜ！」みたいな感じで、僕は「発見しました」と当時の戸ページ で は 語 り 尽 く せぬ

葛 藤 の日々言えます。

思ったように上がらず試行錯誤が続いたんです。

ちょうど同時期、米国のスタンフォード線形加速器センター

加 速 器チームの 生 出 勝 宣さんに「 ルミノシティが 低くても実験の醍醐味は、
こんな工夫にあるんじゃないでしょうか。私塚洋二機構長の部屋に持って行った。
「おめでとう」と一緒（ S LAC ）も、同じ目的で Bファクトリー実験を開始し、一番SLAC に勝つ方法を考えろ」と言われ、「 科学に魔法はないも若かったから、
これさえあれば解決だと信じてコイルを巻きまに喜んでくれて、かなり盛り上がりましたよ。

した。関係者総出で一周 3 km の加速器に散らばって。楽しけれど統 計がたまっていくと、だんだんその違いが 減ってき乗りをめぐる競争もありました。

2が、天才的なアイデアはあり得る。
しかし自分たちはまだそこ

当時の様子を、この実験に研究者人生を賭けた山内正則に達していない。とにかくルミノシティを上げてくれ！」と言い返が熱く語ります。

したのを覚えています。

ちゃって、……消えました。結果的には統計のいたずらだった、※肩こりなどに効くとされる貼るタイプの磁気治療器という言い方しかできないんですけども。すごく高揚した後に、静かに大きな落胆がきました。

焦りはありましたが、追い詰められたような悲壮感は全くなく、
どっちが勝った負けたというのはちょっと違う「三度目の正直」

言って議論し、荒唐無稽な話から、曲がりなりにも何か作って、私にとって「 Bファクトリー実験」は、三度目の挑戦でした。学ライバルの SLAC の測定器ではいろいろな点で先進的な技

いろいろ試す。

術を使っていましたが、私たちは加速器・測定器両チームみ

例えば、ルミノシティが上がらない大きな要因の一つが、加速んなで議論しながら、どちらかと言えば着実に実行できる方法

器の陽電子リング内部に発生する「 電子雲 」でした。これをを選んだと思います。努力の甲 斐あってKEKB の性能は大きその生時代に SLACでPEP 加速器を使った実験に加わり、後、KEKでT RISTAN 実験に参加しましたが、二度とも期待したような際立った物理学的成果を上げることができませんで何とか抑えなければならなかった。

く向上しました。最終的には加速器の性能に相当差がついした。ですから、この実験は絶対に成功させたかった。これはたんじゃないでしょうか。

関わった研究者全員の思いでもあったと思います。

加速器の性能が上がるとノイズ（放射線）が増えますが、それ実験の第一目的は、小林・益川理論が正しかった場合に予を回避する測定器側の設計もうまくいきました。このノイズ回測されるCP 対称性の破れを発見することです。

避の成功は研究計画の成功要因として挙げられることはな

電子と陽電子が異なるエネルギーで衝突する加速器が必要いのですが、私は加速器の調整の自由度が大きく増した点で、それを使って高い頻度で反応を起こさなければなりません。

で、実はとても大事なことだったと思っています。

加速器チームにとってそんな加速器は初めてで、何をするにただ、こういう実験は、ある瞬間、明確な答えが出るわけではも新しい発想が求められました。

ないんです。年単位の時間をかけてデータをため、その精度

電 子と陽 電 子の衝 突 点に測 定 器を建 設してデータを収 集 、を高めていく。S L A CとK E K はシーソーゲームを繰り返して、見つかる可能性もあります。それに備えて、できるだけ汎用性が高くなるように工夫しました。新しいアイデアを盛り込んでデザインした結果、縦横高さが約 8 m の巨大な測定器ができあがったというわけです。

10 年以上データを集めたBelle 実験では、研究者にとって興味深い「 新しい物理 」を示唆することが見えました。もちろん統計のいたずらではありませんよ。

KEKではさらに実験を進めるため、後継計画として、SuperKEKB 加速器とBelle II 測定器に高度化して運転を開始しました。いま着実に性能を伸ばしているところですので、新しい実験の成果を楽しみにしてください。

だんだん小林・益川理論の証明に近づいて行ったわけです

解析したのは、B elleと名付けた国際研究グループです。目的

ろんですが、小林・益川理論だけでは理解できない「何か」がKEKつくばキャンパスの地下にある一周 3 km の KEKB 加速器トンネルにて（左）山内正則（右）小林 誠（ 2008 年 10月撮影）

かったですね。

むしろ高 揚 感に満ちた日々でしたね。やばいよ、
どうしようとよ。ですから、両者は同時にこの理論を検証したというのが正とする現象に対して高い感度を持つ測定器であることはもち

陽電子ビームが通るパイプには電子雲除去のためのコイルが巻いてある

新しい現象を見つけたいと願うものです。

Pag e: 9

6 羽の鳥はなんと 鳴 く

M A S A NO RI YAM AUC H I

山内正則（やまうち まさのり）： 1956 年生まれ。東京大学の学生の頃から加速器実験に参加。1984 年よりKEKに勤務、配属は「トリスタン計画推進部」。2004 年から、Belle

Bファクトリー実験の原理
円形の加速器で加速した高エネルギーの電子と陽電子を衝突させると、B 中間子とそれぞれ短い時間の後に崩壊する。電子と陽電子のエネル
反 B 中間子が生成され、ギーにあらかじめ差をつけておくと、その時間差を崩壊地点の距離の差として測ることができる。その差からCP 対称性の破れを導き出すことができる。

ギガエレクトロンボルトあるいはジェブと読む。
図の中の GeVはエネルギーの単位で、数値はKEKB の場合しいと考えています。
物理の「実験屋」の心意気
物理学は研究者の好奇心で前進してきました。私のような実
験 屋は、理 論 屋が予 言したことの実 証だけでは満 足できず、

KEKとSLACのデータ量（積分ルミノシティ）の比較（ 1999 年〜 2010 年）

K EK S tories: Vol .01

特集

I N T E R V IE W

陽電子の予言（ディラック） 電子の反粒子が存在することを示唆

1932 年

陽電子の存在実証／中性子の発見 現代素粒子物理学のはじまり
中間子論（湯川秀樹） 原子核中に複数の正電荷を持つ陽子を留める核力の理解へ

1947 年

π中間子の存在実証／ K 中間子の発見 大きな拡がりをもつ未知の世界が背後にある予感

1948 年

くりこみ理論の完成（朝永振一郎ら） 量子電磁力学の完成へ

1955 年

坂田模型の提唱（坂田昌一）

1956 年

ニュートリノの存在実証

1957 年

パリティー対称性の破れの発見

1960 年

素粒子物理学における対称性の自発的な破れの発見（南部陽一郎）

1964 年

K 中間子におけるCP 対称性の破れの発見

こで起きるか分からない現象を待つしかありませんが、加速器を使えば繰り返し再現するこ

クォーク模型の提唱（ゲルマンとツワイク） 陽子・中性子を構成するクォークの存在を予言とができます。

ヒッグス機構の提唱（ヒッグス） 素粒子に質量を与えるヒッグス粒子存在の予言

そうして欧米や日本では、新しい理論と追いつ追われつしながら、より高いエネルギー状態を

小林・益川理論の論文発表（小林誠と益川敏英）

1974 年

チャームクォークの存在実証 4 番目に見つかったクォーク

1977 年

ボトムクォークの存在実証 5 番目に見つかったクォーク

1980 年

B 中間子発見

1981 年

BファクトリーによるCP 対称性の破れの測定の提唱（三田一郎ら）

1983 年

W および Zボゾンの発見

1987 年

B 中間子混合発見

1989 年

素粒子の世代数の決定

1995 年

トップクォークの存在実証 6 番目に見つかったクォーク

1999 年PEP II 実験開始、KEKB 実験開始

2001 年

B 中間子崩壊におけるCP 対称性の破れの発見（ KEKB 実験およびPEP II 実験）

そして、1973 年に小林誠と益川敏英が、それまで3 種類の存在が確かめられていたクォー2008 年

南部陽一郎・小林誠・益川敏英ノーベル物理学賞受賞

2010 年

KEKB/ Belle 運転終了れました。小林・益川理論発表の翌年にはチャームクォーク、1977 年にボトムクォークが2012 年

ヒッグス粒子の存在実証 標準理論素粒子表の完結

2019 年SuperKEKB/ Belle II 本格運転開始理論など、素粒子にまつわる画期的な理論が飛び交う激動の時代でした。
クが 6 種類以上存在すれば CP 対称性が破れることを提唱し、後に標準理論に組み込ま
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見つかるなど、1970 年代から次々と実験による発見が続き、素粒子物理学は大きく前進

エネルギーの高い状態を作り出し観測する「加速器」実験です。宇宙線の観測ではいつど

KEKには、
より高いエネルギーでの実験を目指すグループと、衝突頻度を上げることでまれに起きる現象を捉える実験グループがあります。KEKB 実験は後者で、KEKB 加速器は世電弱理論での力を伝える素粒子の発見

していきます。

FUTURE標 準 理 論 の そ の 先へ

1973 年するクォークの存在の提唱や、標準理論の枠組みとなる、粒子にはたらく力を統一させる

ら地球にやってくるエネルギーの高い宇宙線のようすを観察すること、
もう一つは人工的に宇宙進化の過程で物質量と反物質量の差が生まれるための 3 条件（サハロフ）
非可換ゲージ理論のくりこみ可能性の証明（トフーフトとフェルトマン） ゲージ理論の進歩に実験を続けています。

1930 年代に生まれた素粒子物理学にとっての実験手段は2 つありました。一つは宇宙か作り出して、未知の素粒子を生み出す加速器が作られていったのです。加速器による数々

1971 年

探求し、宇宙の謎に迫る道を切り開いてきました。特に1960 年代は陽子や中性子を構成

理論は実験より先に現象を予言し実験へと導いたり、実験結果を説明したりします。
しかし、 めの大改造を経て、2019 年にSuperKEKB 加速器に生まれ変わり、Belle II 測定器とともどんなに素晴らしい理論であっても現実を再現できなければ物理学とは言えません。

の発見を経た今も、素粒子物理学の真理の探求は続いています。

GIM 機構（グラショーら） 4 種類目のクォーク存在の理論的な示唆

1897 年の電子発見から、素粒子物理学は理論と実験が連携し合いながら未知の領域を科学にとって「理論」と「実験」は車の両輪に例えられ、どちらが止まっても前進できません。 界最高の衝突性能（ルミノシティ）
を更新し続けています。ルミノシティを数十倍に上げるた

電磁気力と弱い力を統一した理論（ワインバーグとサラム） これがないと小林・益川理論が始まらない！

1970 年

電子と陽電子の衝突によって起こる現象を観察するための Belle 測定器。実験時には中央の穴に電子・陽電子のビームパ

素 粒 子 物 理 学と加 速 器

41934 年

1967 年

イプが通り、水色の扉が閉まる（ KEK 素粒子原子核研究所 1999 年撮影）

PRODUCTION NOTE

日本初の衝突型加速器 TRISTAN（ 1985 年撮影）

小林・益川理論を組み込んだ標準理論は、クォークが関係する現象に現れる「 CP 対称性の破れ」をはじめ、これまでの加速器実験で得られた実験値のほとんどすべてを再現する。
しかし、標準理論には星の運動を説明する重力に関する情報が入っておらず、宇宙の観測から存在が分かっている暗 黒物質の候補となる素粒子も含まれていない。更に、この宇宙において反物質よりも物質がこれだけ多く存在することをうまく説明できていない。
つまり、標準理論はまだ完璧ではないということだ。

KEK は、現在の標準理論に入っていない未知の物理理論の解明に挑み続けている。つくばキャンパスでのSuperKEKB/ Belle II 実験、東海キャンパスの大強度陽子加速器施設 J-PARCを使ったニュートリノ振動やミュー粒子の実験、欧州合同原子核研究機関 C ERNでの ATLAS 実験が進行中だ。更には国際リニアコライなどの将来の電子・陽電子衝突実験に加え、宇宙観測などのさまざまな実験を行う計画だ。
ダー（ ILC ）
陽子や中性子はクォークだけでできているのではない。クォークをつなぐ糊のような素粒子の存在実証にはKEKのT RISTAN 実験が一役買っている。そしてTRISTANでの経験や知識は、次のKEKB 実験成功の礎となった。
素粒子物理学者たちは先人の築いた知見を糧に、新たな挑戦の入口に立ちその先を見つめている。

ノーベル賞受賞決定後の記者会見にて（左）益川敏英（右）小林 誠（ 2008 年 10月10日撮影）

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陽子の発見 当時は「素粒子」だと思われた

1928 年

現在、クォークと鳴く鳥は6 羽しかいないようだと考えられているが、もしかしたらどこかに……。謎は尽きない。

K EK S tories: Vol .01

1918 年■ 実 験の成 果

6 羽の鳥はなんと 鳴 く

小林・益川理論と素粒子物理学の進歩

電子の発見 初めて見つかった素粒子■ 理 論の成 果

特集

HIS T O RY

1897 年普通の交差（自）ける【蹴る】
電磁力により横方向に力を加えるこ

KEKに棲んでると。荷 電 粒 子は蹴られると、進む角

日本一小さなネズミ「カヤネズミ」のけ

Q だよ。

まるで宇宙空間のように空気が薄いパイプ

態でぐるぐる回っている。バンチの中にはの中を、電子のかたまりがビュンビュン走っ

電子がうようよいる。

ている。このかたまりは「バンチ」っていう

隣のやはり一周 3 kmのパイプでは、似た名前がついていて、まるで葉っぱみたいな

ような「陽電子」のバンチが反対向きに走薄っぺらで細長いかたちをしてるんだ。一りすぎていく。陽電子というのは聞きなれ

周 3 kmのパイプには、約 2 mおきに千個ない名前かもしれない。電子に似ているけ

以上のバンチが詰め込まれていて、その状

ど、電子がマイナス（陰）の電気を持っていクラブ空洞

Belle測定器子
陽電

電子と陽電子を発生させ、光速近くまで加速する約 600 m の線形加速器と、電 子 、陽 電 子それぞれが通る
一周 3 km のリング状の加速器からなる。クラブ空洞は、同じく超伝導を使う加速空洞と並べて置かれた

電子源

陽電子源

電子

の重なりはほんの少ししかない。これでは

実は世 界で初めてこのクラブ 交 差を実 現ら、陽電子だ。

ぶつかる可能性も少ない気がするよね。

し有効性を実証したのは、2007年、小林・

実はこの2つのパイプはある場所で交差す

それじゃあ、バンチを少しずつ斜めにして、

益 川 理 論を実 証したあとのK E K B 加 速 器

るようにつながっている。電 子のバンチと交差点でピッタリ重なるようにしたらどうだ

なんだ。電子と陽電子を勢いよくぶつける

陽電子のバンチは、その交差点でタイミン

ろうか。

のは、そのときに起きる現象を観察するたるのに対して、プラス（陽）の電気を持つか

グよく鉢合わせするように仕組まれている。 「そんなことできるの? 」と思ったそこのあめだったんだね。Bファクトリー実験は続い

しかも、電子や陽電子は、ほとんど光の速なた。それができちゃうんですよ。しかもていて、新しい物 理を探 究していくためにさで走っていってタイミングを合わせてぶ

その方がぶつかりやすさ倍増というシミュ

は、より多くの実験データが必要だった。そつかる、道 路ではちょっと考えられないけ

レーション結 果も出てるんだ。これはやっして、より効率よく電子と陽電子をぶつけど、これがバンチの交通ルールだ。

てみるしかないね。

るために選んだ方 法の一つがクラブ 交 差

電 子と陽 電 子 の 一 番 大 事なミッションは 、

どうやるかというと、バンチの頭とお尻を水だったんだよ。世界初の挑戦だったから試できるだ け 多く相 手とぶ つ かるってこと。

平方向逆向きに「蹴る」。もちろんうまく加行 錯 誤の連 続だったけど、K E Kの加 速 器

バンチの中には電子や陽電子がうようよい

減して、だけど。そうすると少しずつバンチ

チームは短期間でそれをやり遂げたんだ。

るから、交差するだけで簡単にぶつかってが向きを変えて、ちょうど交差点に着くとき

しまいそうだけど、実はそうではない。一つにお互いピッタリ重なるってわけ。

クラブ空洞の設計と高周波制御に携わった一つがものすごく小さくて、すきまがたくさ

パイプ の 途 中にふくらんだ部 分を作って、K E K 加 速 器 研 究 施 設の赤 井 和 憲 名 誉 教んあるから、バンチ同士が交差しても電子バンチを操作するための空間を作ることが授は、実験本番中に直面したビームの不安と陽電子がぶつかる可能性は意外と低いできる。これはそのままずばり「空洞」と呼定さの原因を考え続け、解明して2023年にんだ。

ばれているんだけど、超伝導と高周波をう

論文を発表しました。新しい加速器にクラブ

電子と陽電子が守るべき交通ルールは他

まく操ってバンチに斜め横歩きをさせる空交差を取り入れようという動きは、現在、世界にもある。交差点以外の場所でぶつかって間こそが「クラブ空洞」なんだ。

各地にあり、KEKで培われた経験や知識がはいけない。パイプ間を移動してもいけな

クラブはcrab（カニ）。バンチはカニみた

役立っています。

い。だから交差点付近ではパイプはまっす

いに真横に歩くわけではないけど、1988

クラブ空 洞 の 実 物は上 野 の 国 立 科

ぐで、きれいなXの字の形をしている。

年にイギリス人のPalmer博士がこの方法「普通の交差」という図を見てほしい。普通を考案、「クラブ交差」と名付けて発表してにX字交差点を通り過ぎると、バンチ同士

以来、ずっとそう呼ばれている。

学 博 物 館（ 地 球 館 地 下３階 ）に展 示
されています。
国立科学博物館
常設展示データベース クラブ空洞 →度や軌道が変化したり、バンチの傾きが変化（クラブキックの場合）したりする。蹴るための電磁力として、空洞内に生 成した高 周 波 電 磁 場、電 磁
石に励磁された磁場、電極間にかけた電圧による電場などが用いられる。
「クラブキック」は超応用テクだね（名）
やぶれ【破れ】（均衡などが）保たれていないこと。そうあると思われてきたものが実はそうではないと言うニュアンスを含む。目
的があって存在する切れ目や穴を破れと言わないように、そもそも違うものには使わない。「CP対称性の──」
靴 下 対 称 性の 破 れ

電子陽電子入射器

KEKB 加速器の概略図（ 2007 年〜 2010 年）

KEKB 加速器の電子の通り道に設置されたクラブ空洞。冷却のため筒状の容器に入っている（ 2007 年撮影）

加 速 器 内を走る荷 電 粒 子に対して、はじめまして!

K EK S tories: Vol .01

知 ら れ ざる加 速 器の世 界 ①

KEK 用語辞典

Q は 知ってる!
クラブ空 洞 の お 話
電子や陽電子を絶妙に「蹴る」

明日から使えるクラブ交差

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連載

広報誌「 KEK Stories 」について

京 都 大 学の近くには、コスパの良い定 食

うち2品を組み合わせるセットがありました。

屋が何軒かあります。
「玉蘭」は、小林・益

今は定食の他、
うどん、そば、丼があり、ほ川両 博 士が利用し、大 学 院 生と議 論した

とんど600～800円。
ビフカツは手作りのデこともあるお店です。以前は、たくさん食べミグラスソース、
しょうが焼きは秘伝のたれる若者のため、
うどん、焼き飯、オムライスのを使い、昔ながらの味を守っています。

Cast

この広報誌は、十代に向けてKEK の活動を紹介し、KEKと基礎科学に興味を持ってもらうことを目標にしています。多彩な小林 誠が織りなすストーリーやそれを支える加速器、研究者の横顔などを映画のパンフレットのように紹介していこうと考えています。

菅原寛孝

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博 士 が 愛 し た ごはん

ぎょくらん

小 林 誠 博 士が議 論した定食屋 「玉 蘭」

益川敏英

坂田昌一

それぞれの活動
加速器を軸に、さらに多様な研究活動が展開される複合加速器施設 KEKをシネマコンプレックスに例え、

山内正則

Collaborators
藤本順平

住𠮷孝行

平田光司

中尾幹彦

西田昌平

KEK 史料室

KEK Stories こぼれ話

お漬物
千切りキャベツ

Staff

今号の特集で取り上げたBelle 実験の Belle は、
フランス語で「美しい」という意味です。

B（ B 中間子）+ el（電子）+ le（ 陽電子）
で、Belleです。ロゴマークも e と反転した e からできています。

季節の果物「柿」
BELLE

次号ではKEK のもう一つのファクトリー「フォトンファクトリー」を特集する予定です。またお会いしましょう。

Writers:
勝田敏彦

菊池まこ

清水 修（ STORY ） 田中京子（ Interview 、研究者メシ） 深堀協子

小林博士のアパートがあった
エリア
京都大学
理学部

Designer:
古田雅美［ opportune design Inc. ］

Illustrators:

高エネルギー加速器研究機構

銀閣寺

藤本順平

髙橋あゆみ
（表紙・特集ページ） 大島寛子（連載ページ）

玉蘭

Calligrapher:
池野邉典子（研究者メシ）

Photographer:

ビフカツ定食サクサクの衣にデミグラスソース

目玉焼きがのっているのが嬉しい

HAYASHI Yuki（裏表紙）
Editors:［ KEK 広報誌編集委員会］
西脇みちる

大盛りのふっくらごはん

大島寛子

菊池まこ

木村由喜子

高橋理佳

清水 修［ ACADEMIC GROOVE MOVEMENT ］

発行

高エネルギー加速器研究機構（ KEK ）高エネルギー加速器研究機構（ KEK ）は、茨城県にある研究所です。
加速器とは電子や陽子などを加速する装置です。KEKでは高いエネルギー

Page: 1 4探ることができない科学を探究しています。
ネギが入ったお味噌汁

深堀協子

大学共同利用機関法人を与えることができる大規模な加速器を作り、動かして、加速器でなければ純喫茶のような店構え

平木雅彦〒305-0801 茨城県つくば市大穂 1-1

https://www.kek.jp/
KEK 広報誌 KEK Stories Vol.01
2024 年 3月発行

K EK S tories: Vol .01

豚しょうが焼 き 定 食

年 以 上この店で腕 を 振るう店 主の蔭 山 行 敏さん

勝田敏彦（編集長） 池野邉典子50

Ac c elera t e !

01

建設中の Belle II 測定器。中心部分をビームが通り、衝突した粒子の反応をみる

KEK Stories（ ISSN 2759-3436 ）