名古屋大学理学部･大学院理学研究科広報誌

編 集だより研 究 会・学 会スケジュール［ 理フィロソフィア］October 2009

今回の『理フィロソフィア』の特集では、「 小林・益川理論を

第18回名古屋大学理学懇話会「星雲の宇宙をめぐる」
開 催 日 ： 2009年10月24日（土）
開 催 場 所 ： 名古屋大学野依記念物質科学研究館講演室
主
催 ： 名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報委員会
講 演 者 ： 金田英宏 理学研究科 准教授
犬塚修一郎 理学研究科 教授
問い合わせ ： 理学部庶務掛
kouhou＠sci.nagoya-u.ac.jp／052-789-2394
http://www.sci.nagoya-u.ac.jp/kouhou/※懇話会終了後、「高校生のためのサイエンスカフェ in 名大」を開催。

シリア・ユーフラテス河中流域の環境変遷史国際シンポジウム
Geo-environmental Research in the Middle Euphrates, Syria
開 催 日 ： 2009年11月26日（木）13:00〜17:00
開 催 場 所 ： 名古屋大学理学部E館127号室
主催 ： 特定領域研究計画班「環境地質学、環境化学、14C年代測定にもとづく
ユーフラテス河中流域の環境変遷史」
問い合わせ ： 田中 剛 環境学研究科 教授
tanakat@nagoya-u.jp／052-789-2595

超えて」と題して、素粒子物理学の最先端研究を理論と実験の

17

両 面から紹 介した。気がつけば 、名 古 屋 大 学を湧かせた、
小 林・益川両 先 生そして下 村 先 生のノーベル賞 受 賞から、早くも1年が過ぎようとしている。
この間、素粒子実験が専門の
私自身も小 林・益 川 理 論やその検 証を行ったBファクトリー
実験に関する解説を方々でさせていただく機会を得た。
そこで、聴 衆の素 粒 子に対 する関 心の高さとともに、研 究の中身を伝えることの難しさを痛感した。素粒子は目に見えない、視覚化できないことが説明をより困難にする。
とくに、小林・益川理論が説明した粒子−反粒子対称性の破れでは、位相という素粒子の波の性質が鍵を握っている。
なかなか理解しがたい量子力学の側面であるが、実際に巨大な粒子加速器を使って実験を行ってみると、
この位相が本当にあることがわかり、さらに数％の
精 度で理 論の予 想 通りであることが 確 かめられた。これは2009年国際ワークショップ「LHC時代の強結合ゲージ理論」
2009 International Workshop on Strong Coupling Gauge Theories
in LHC Era（SCGT 09）
開 催 日 ： 2009年12月8日（火）〜11日（金）
開 催 場 所 ： 名古屋大学野依記念学術交流館
主
催 ： 名古屋大学グローバルCOE「宇宙基礎原理の探求」SCGT 09組織委員会
問い合わせ ： 山脇幸一 理学研究科 教授
yamawaki@eken.phys.nagoya-u.ac.jp／052-789-2862

実際に実験を行った一人として、感動すべき一瞬であり、自然の法 則 性に畏 怖の念を抱 か ずにはいれない。研 究の内 容を
厳 密に伝えることは難しいが 、こういった自然の神 秘さや、それにふれた研究者の興奮、研究の醍醐味、といったものは
可能な限り伝えていきたいものである。
（飯嶋徹）

ワークショップ「動植物の受精とアロ認証機構」
開 催 日 ： 2009年12月10日（木）
開 催 場 所 ： パシフィコ横浜（横浜市）
主
催 ： 日本分子生物学会
問い合わせ ： 澤田 均 理学研究科 教授
hsawada@bio.nagoya-u.ac.jp／0599-34-2216

表紙説明
ジュネーブ郊 外に設 置された巨 大 加 速 器 L H C

新学術領域研究「揺らぎと生体機能」第3回公開シンポジウムおよび第2回日韓生体分子科学セミナー「実験とシミュレーション」

状態をつくり出し、新現象の発見を目指す実験が始まる。向こうには、
レマン湖、
モンブランの山並みが見える。式は、上から余剰次元、質量の起源、小林・益川の各理論の基礎を与えるもの。
（本号P. 8参照）

伊藤政彦（事務長）

太陽地球環境研究所

物理学科

素粒子宇宙物理学専攻

エコトピア科学研究所

化学科

物質理学専攻物質科学国際研究センター

生命理学科

生命理学専攻附属臨海実験所編集発行

附属構造生物学研究センター

ご意見、ご感想をお待ちしています。
本誌の原稿執筆や取材などにご協力いただける方を求めています。

遺伝子実験施設
環境学研究科
地球惑星科学科

地球環境科学専攻

名古屋大学理学部・大学院理学研究科広報委員会〒464 -8602 名古屋市千種区不老町

広報委員会までご連絡ください。

生物機能開発利用研究センター

なお、
ご投稿などの採否については当委員会にお任せください。

附属地震火山・防災研究センター

次号は2010年4月頃発行の予定です。

博物館
事務部

年代測定総合研究センター

制作

技術部

地球水循環研究センター

・本誌記事、写真等の無断複写、転載を禁じます。

株式会社電通特集

瀧口金吾（生命理学科）
川邊岩夫（地球惑星科学科）

余 剰 次 元への扉 を 開 く ◇ 棚 橋 誠 治

理学研究科

附属南半球宇宙観測研究センター
附属タウ・レプトン物理研究センター︳

多元数理科学専攻

徹（化学科）

杉山 伸（生命理学科）

L H C 実 験が切り拓 く 新 た な 素 粒 子 世 界 ◇ 戸 本 誠

多元数理科学研究科
数理学科

関連施設等

︳

大学院研究科（専攻名）

時 を 語 る も の︿ 小 林 誠 博 士 ﹀◇ 大 島 隆 義

吉久
理学部（学科名）

徹（物理学科）︳飯嶋

岡本祐幸（物理学科）

理学部・理学研究科・多元数理科学研究科・環境学研究科（地球環境科学専攻）

理 のエッセ イ ◇ 森 郁 恵

福井康雄（物理学科）※委員長

組織図︳

吉田健一（数理学科）

理 の 先 端 をいく ◇ 伊 丹 健一郎 ／ 福 井 康 雄

松本邦弘（評議員）︳

篠原久典（副研究科長）

18 16 12 03 02 08 04
講義探検◇太陽系形成論／生物学実験

國枝秀世（研究科長）

︳

広報委員

理学部交差点開 催 日 ： 2009年12月26日（土）
開 催 場 所 ： 名古屋市科学館サイエンスホール（名古屋市）
主催 ： 名古屋大学大学院理学研究科・名古屋市科学館
問い合わせ ： 杉山 直 理学研究科 教授
naoshi@a.phys.nagoya-u.ac.jp︳

No .17 October 20092009年10月20日発行

第8回坂田・早川記念レクチャー﹁ 小 林 ・益 川 理 論 を 超 え て ﹂開 催 日 ： 2009年12月20日（日）〜23日（水）
開 催 場 所 ： 名古屋大学豊田講堂（前半）および名古屋大学シンポジオン（後半）
主催 ： 文部科学省科学研究費補助金（新学術領域研究）
および
日本学術振興会「アジア研究教育拠点事業」
問い合わせ ： 岡本祐幸 理学研究科 教授
okamoto@phys.nagoya-u.ac.jp／052-789-3528（赤い円）によって、人類未踏の超高エネルギー◎ 理のエッセイ

時を語るもの女性として科学者を生きる
森 郁 恵 生命理学専攻教授

小 林誠博士 ＿実験家とともに素粒子の謎にせまる
こば やし

まこと

小林

誠（1944−）

名古屋大学理学部卒、同大学院理学研究科修了（1972）高エネルギー加速器研究機構
特別栄誉教授（2008−）
独立行政法人日本学術振興会理事（2007−）
同学術システム研究センター所長（2009−）
名古屋大学特別教授（2009−）
文化勲章（2008）、ノーベル物理学賞（2008）◆写真の説明小林・益川理論が提唱されたのは1973年、数年前、ある高校から出前授業を頼まれた。体育館で講義の準備をしていたら、高校

その検証がB中間子の崩壊で可能となること

生がぞろぞろと入ってきた。体育館に置かれた椅子が、だんだんと埋まってくるのを見てを三田一郎博士たちが予想したのは1981年

いると、奇妙なことに気がついた。男子生徒は、
とてもリラックスしている様子で、ずっとである。
しかし、そのためには、加速器の強度を1000倍に増強し、わずか1兆分の1秒の寿命しかないB中間子の崩壊を精密に測るといういる。出前授業のコーディネートをした関係者に、後になって聞いてみた。
「あの高校に、当時としては常識破りな実験技術が必要で女性の教諭はいませんよね」。
「よく、わかりましたね」とびっくりされたが、わたしの専門はあった。高エネルギー加速器研究機構に建設された「KEKB加速器」（ 上の写真）は、世界男性であると推論することは、それほど難しくなかった。男子生徒の堂々としてリラックス

B中間子と反B中間子をつくり出す。そして、した雰囲気は、自分と同じ男性である先生たちに期待されている自信の現れではないかと衝突点に設置された「Belle（ベル）粒子測定器」

思ったのだ。

測定する。背景の図は観測されたB中間子のもてない現実がある。
その原因の1つは、女性教員の割合が極めて少なく、女性が女性と大学の高エネルギー素粒子物理学研究室がして、自分らしさを発揮しながら学問を続けるためのロールモデルが、ほとんど見当たらかけて、このような高度な実験技術の進歩がが発見されて以来、対称性の破れを説明する多くの理論が勝利であった。
その後の実験の進展により、今では数%の精度提唱された。小林・益川理論の発表は1973年である。理論的なでCP対称性の破れが測定できるようになった。
この間、小林研究と並行して、K中間子以外の他の素粒子反応での探索が博士はBファクトリーを擁する全国共同利用研究所（高エネ

行われたが検出されず、理論、実験とも行き詰まり始めていた。

ルギー加速器研究機構）
において、最前線で活躍する実験

1981年、三田一郎博士＊３が、小林・益川理論に基づいて、B中研究者の理論的指導役を果たし続けた。
クォーク種が変遷する

間子崩壊に大きなCP対称性の破れが現れることを示唆した。

これがCP対称性の破れのとき、波としての位相＊４が変化する。

そして、我が国と米国において高強度の電子陽電子衝突型要因であることが判明した。
では、位相は、
なぜ測定された値を加速器、通称Bファクトリーの建設が始まった。実験は、斬新なもつのか。その物理的機構は加速器技術の導入や、非対称エネルギーでの衝突実験、B中

物理世界でも位相のもつ意義は大きいと考えられる。

間子の崩壊点を検出する高精度位置検出器の採用など、
ハイ

（大島隆義

テク、新技術の集大成であった。1999年に衝突実験が始まり、
02

時 を 語 るもの―

。標準理論を超えた新しい附属タウ・レプトン物理研究センター長）

さて、大学はどうか。女子学生や女性ポスドクが、科学者として生き抜いていく覚悟を

崩壊事象の一例である。
この実験を名古屋中心になって進めている。20年以上の歳月を2年後に実験データが発表された。
まさに、小林・益川理論の行動学であり、かつ、
わたしは女性科学者である。高校生の行動から、高校教諭が全員最高のビーム強度を達成し、年間約2億対の（下の写真）
は、B中間子の崩壊過程を精密に1964年に中性K中間子＊１の崩壊においてCP対称性の破れ＊２

おしゃべりを続けている。
それに対して、女子生徒は、脇見もせずに、じっと静かに座ってないことにある。実際、助教、准教授、教授と職位が上がるにつれて、女性教員の割合はあり、理論がついに検証されたのである。

激減する。気がつけば、わたし自身も、名古屋大学の理学部に所属する約65人の教授の（写真提供：高エネルギー加速器研究機構）

中で、ただ一人の女性である。
この現象は、
あからさまな女性差別もないのに起きるため、＊1 中性K中間子
中間子は、クォークと反クォークが強い力で結合した粒子。現在クォークは、u、d、s、c、b、tの6種類が知られている。
中性K中間子はdクォークと反sクォークが結合した粒子、中性B中間子はdクォークと反bクォークが結合した粒子である。素粒子には、質量やスピンなどが同じで、電荷の正負が逆転した反粒子がある。電子の反粒子として陽電子が存在することは、よく知られた例である。
＊2 CP対称性
CP対称性は粒子と反粒子の対称性を意味する。素粒子レベルでは、この対称性が破れており、これが、我々の宇宙が物質のみで構成され反物質がないことを説明するのに必要である。
＊3 三田一郎（1944−）
神奈川大学教授。名古屋大学名誉教授。1992年から2006年まで名古屋大学素粒子論研究室の教授を務めた。1981年、当時未発見であったB中間子の存在を予測して、100%近い大きなCP非保存が存在することを予言した。
＊4 位相
量子力学では、素粒子は粒子とともに波としての性質ももち、この波の位相がCP対称性の破れを引き起こす。

「ガラスの天井」とよばれる。我々教員は、女子学生に対して、男子学生と同じように希望と期待をもって科学者として歩みだせるよう育成する任務を負っている。
それを果たすためには、女子学生が自分の将来をイメージできるような女性教員を、まず増やすことが肝要であろう。大学を1つの反応系ととらえるならば、偏ったまま安定した男女比は、小手先のパラメータを変えても本質的な変化は望めない。思い切って反応の初期条件を変えてみる、つまり、大学教員の男女比をリセットすることが、最も効果的と考えることもできる。
女子学生が上を見上げた時に、視界に入る女性科学者が存在しないことのむなしさや居心地の悪さが「ガラスの天井」の本質であることを、大学教員全員が、まず認識しなければならない。
そして、数少ない女性教員は、彼女たちに、学問を追求する者として、希望に満ちあふれた将来を映し出してみせる鏡にならなければならない。

I kue M ori

理 の エッセイ

1957年生まれ。Washington University博士課程修了。九州大学理学部助手、名古屋大学
大学院理学研究科助教授を経て、2004年より現職。
専門は行動遺伝学、分子生物学。
「何度読んでも新しい発見がある」といわれる論文を書き、「奥深く美しい」と形容される研究をするのが目標。
No.17 October 2009

03

特集

小 林・益川理 論を超えて小 林・益川理論を超えてクォークの壊れ方jX

アップクオークの仲間（ 3 種 類 ）今、素粒子物理学は、小林・益川理論では理解ができない現象に挑んでいる。

ダウンクオークの仲間（ 3 種 類 ）

Y

h

W

素粒子物理学の新たなチャレンジがはじまった。

電間（ 3 種 類 ）

Z

ɕ

ɜ

ニュートリノの 仲 間（ 3 種 類 ）

ɖZ

ɖɕ

ɖɜ

（2009年6月13日、第17回理学懇話会より）の仲

ここは未完成力を媒 介する粒 子

余剰次元への扉を開く

↓

Ɍ

e

o u

電 磁 気力

強い力

弱い力

光子 →

)
+

（ࢲ）
重力

物質を構成する最も基本的な粒子はクォークとレプトンであり、それぞれ3世代
6種類に分類されている。
クォークとレプトンの 相 互 作 用は、「 力を媒 介 する粒子」
により伝えられ、電磁相互作用、
強い相互作用、弱い相互作用のそれ
ぞれに、グルーオン、光子、Wボゾン
またはZボゾンが対応する。
これ以外に、質量の起源とされるヒッグス粒子が予言されており、LHC実験での発見が待ち望まれている。

電 荷＝+
電 荷＝−

u

c

t

d

S

b

t
b

電子銃
干渉パターン

二重スリット検出器で得られる干渉パターンab

次に素粒子の話をします。素粒子は点でもあり電子に対しては陽電子があります。電子は電荷が粒 子についても小 林・益川理 論に基づく予 言波でもあるという量 子 力 学の世 界を思い描き−1ですが、陽電子は＋1です。
陽子に関しても電荷どおりのCP対称性の破れがおきることが日本のながら、話を聞いていてください。
物質をつくる原子が逆で質量が等しい反陽子があります。
これはBelle実験＊5やアメリカのBaBar実験＊6によっての大きさは10−10メートルぐらいです。原子は10−14理論で予言され、実験で確認されています。粒子

検証され、小林・益川理論が確立することになります。

メートルぐらいの原子核と、そのまわりをまわっていと反粒子はぶつかると消えてしまってエネルギーをしかし、小林・益川理論は実は完全な理論ではる電子からなります。電子の大きさは10−18メートル

放出します。電子と陽電子の消滅の場合だと、ありません。少なくともわれわれの身のまわりの宇宙

以下です。電子の大きさを計測するということはエネルギーは光子となって放出されます。

には粒子ばかりが存在して、反粒子はめったに電子を粒子ととらえるということで、大きさを計らな粒子と反粒子はほとんど同じ性質をもっていると存在しません。
これはなんらかのCP対称性の破れ

ければ波として広がって原子核のまわりを漂って説明しました。
これが「CP対称性」です。電荷をに起因するはずなのですが、小林・益川理論のいることになります。
これが量 子 力学の考え方除いて完全に粒子と反粒子の性質が同じであれば、枠内ではこのことを説明することには成功してです。原子核は中性子や陽子でできています。

CP対称性があるということになります。長い間、CPいないのです。小林・益川理論を超えるなんらか

対称性は厳密な対称性だと思われていましたが、の物理法則が必要とされています。

−15

大きさは陽子も中性子も原子核より1桁小さい10

1964年生まれ。1992年、名古屋大学大学院理学研究科博士課程修了。博士（理学）取得。
高エネルギー物理学研究所日本学術振興会特別研究員、客員研究員、助手、東北大学
大学院理学研究科助教授を経て、2007年より現職。専門は素粒子理論。
とくに素粒子現象に興味をもち、標準模型を超える物理の可能性について、理論研究を行っている。

＊4

メートルぐらいです。
ではこの陽子や中性子をつく

1964年に行われたK中間子 の実験により、CPっているものは何でしょうか。
それがクォーク＊3です。

対称性が少し破れていることが発見されました。

図1 電子線の2重スリット実験

大きさは10−19メートル以下だと知られています。

この現象を理論的に説明したのが、小林さんと電子銃から放出された電子は、2つの穴が開いている2重スリットを通ってスクリーンに到達する。
スクリーン上では、1つの電子があた
るとその点が光るようになっている。最初はa図のようにポツポツと輝点が見えはじめるが、時間がたつにつれて、b、c図のように輝点が増え、やがてd図にあるような干渉縞が観測される。
（写真提供：株式会社日立製作所フェロー外村彰）

ではクォークは、いくつ種類があるのでしょうか。

益川さんです。
実は、粒子と反粒子の性質を異なる

極微の世界を記述する物理法則。状態の時間発展はシュレ
ディンガー方程式によって記述される。
＊2

c

d

量子力学の不思議ようにすることは、なかなか難しいのです。具体的にいうと、クォークは、当時は3種類、多くても4種類

益川理論です。

だと思われていました。
しかし、クォークが4種類

2つの波を重ね合わせることにより、波の山同士が重なって大きな山ができたり、山と谷が重なってほとんど振動しない部分ができたりしてできた縞模様のこと。

当時、実際に見つかっていたクォークはアップしかない模型では、どうしてもCP対称性の破れは＊3 クォーク

クォークとダウンクォーク、そしてストレンジクォーク

説明できません。小林・益川論文では、いろいろなスクリーン上で電子が当たりやすい場所と当たりだけでした。
アップクォーク、
ダウンクォーク以外の可能性が検討され、その1つとしてクォークの数をです。3次元空間とは、前後、上下、左右と、
自由に「余剰次元（extra dimensions）」といいます。

にくい場所がだんだんとはっきりしてきて、スクリーン

クォークは寿命が短くてすぐに壊れてしまい、他の6種類にするという仮説が検討されました。
どうして動くことのできる方向が3つあるということです。

そして余剰次元があると考えることで、「現在解決に縞模様が見えるようになります。
この縞模様はクォークになってしまいます。加速器を使った実験6種類だとCP対称性が破れるのかを説明するのは、ではつくることができますが、われわれの世界にはなかなか難しいのですが、
ここでも、素粒子が波のわれわれはただ「そう考えているだけ」かもしれません。

できないままになっている素粒子の問題を解決できる干渉縞 といって、電子が「波の性質」
をもつと

量子力学

「クォークは6種類なければいけない」。
これをわれわれがいま知っている以外の余分な次元を＊2＊1

予言したのが、小林誠、益川敏英両先生の小林・

われわれが現在生きている空間は、3次元空間「4次元時空」に生きていると考えています。
しかし、波が干渉を起こす。

「CP対称性の破れ」とは検出器

そして空間とは別に時間という次元があり、普通d

小林・益川理論によると、クォークは3世代6種類があり、上図の矢印で示すように、弱い相互作用によって、世代を超えて変化する。すると、bクォークがdクォークに変化する
場合には、一度tクォークになってからdクォークになる場合と、一度cクォークになってからdクォークになる2通りの可能性があり、2重スリ
ット実 験の時と同じように、2つのc

棚 橋 誠 治 素粒子宇宙物理学専攻教授

Masaharu Tanabashi

図3 CP対称性の破れ
2−3 1−3

ノーベル賞受賞で一躍注目を集めた小林・益川理論が発表されたのは1973年のこと。

子

図2 「標準理論」
における素粒子像i

干渉縞

強い相互作用をする素粒子。
アップ
（u）、
チャーム
（c）、
トップ
（t）
の
各クォークは電荷2/3をもち、
ダウン
（d）、
ストレンジ
（s）、
ボトム
（b）
の
各クォークは電荷-1/3をもつ。強い相互作用のために、クォークは単体では存在せず、必ず他のクォークないしは反クォークと結合状態をつくる。電子やニュートリノなどのレプトンは強い相互作用をしない素粒子であり、単体で存在できる。
＊4

K中間子

可能性がある」というのが今日の話のテーマです。

考えないと理解できません。2つのスリットをとおる

ほとんどありません。先ほど原子をかたちづくってように干渉を起こすことが重要になります。
たとえば、

＊1

波が重なりあって干渉がおきます。非常に奇妙いたのは原子核と電子だといいましたが、電子のボトムクォークがダウンクォークに変化する過程をですが、素粒子は粒子であり波なのです。

仲間のレプトンがやはり6種類あります。電子は、考えると、トップクォークを経由する場合（b→t→d）とクォークと反クォークが結合状態を中間子とよぶ。K中間子は、
ストレンジクォークと反ダウンないしは反アップクォーク、あるいは、
反ストレンジクォークとアップないしはダウンクォークとの結合状態である。
同様に、B中間子は、ボトムないしは反ボトムクォークを含む中間子である。
＊5

まずは、素粒子を理解するために、量子力学の不思議な性質を紹介したいと思います。
量子力学

たとえば綱渡りをしている曲芸師にとっては、の世界では、素粒子は粒子であるのと同時に波の重要なことがもう1つあります。2重スリット実験にミューオン、
タウや、それらと対をなす電子ニュー

チャームクォークを経由する場合（b→c→d）
があり、綱渡りのロープは1次元に見えます。
でも、
ロープの

ようにふるまいます。量子力学を理解するためにおいて、どこが光って、どこが光らないのかはたま

トリノ、
ミューオンニュートリノ、
タウニュートリノなどとあたかも電子線の2重スリット実験のように、2つ太さよりも小さなノミにとっては、
同じロープでもその「電子線の2重スリット実験」
を考えてみましょう（図1）。

たまの偶然です。
われわれが量子力学で計算できともに、レプトンというグループを形成します。
ニューのクォークの波（b→t→d とb→ c→ d）が干渉します。

表面は2次元に見えるのです。
われわれ人間はミク

1つの電子を飛ばすとスクリーン上の1点が明るくるのは、どこが明るくなりやすいか、
どこが暗くなり

トリノは電荷をもたず、質量もごくごく小さい素粒子

この干渉が粒子の場合と反粒子の場合で異なり

つくばにあるKEK（高エネルギー加速器研究機構）
で、行われている電子・陽電子衝突実験。大量のB中間子を生成し、その崩壊を調べることで、小林・益川理論の検証や素粒子標準模型を超える物理を探る。小林・益川理論を実験的に検証することで、
2008年の小林・益川のノーベル物理学賞受賞に貢献した。

ロな素粒子からみるとすごく大きい。
それに比べて光ります。
スクリーンに電子が当たって光ったのやすいのかという確率だけなのです。
そして、
この

です
（図2）
。

CP対称性が破れるのです
（図3）
。

＊6

極小の素粒子の世界にはもっとたくさんの次元がです。
このように、電子はたしかに粒子の性質を

確率は量子力学の基礎方程式として知られるシュ

これらに加え、電荷が逆で質量が等しい「反粒

その後、小林・益川理論の予言する6種類のあるかもしれません。

もっています。
しかし、何度も同じ実験を繰り返すと、レディンガー方程式によって計算することができます。

子」が存在することもわかっています。たとえばクォークが続々と発見され、さらにはB中間子という04

特 集 ＿ 小 林・益 川 理 論 を 超 えて

Belle実験

BaBar実験

アメリカのSLAC（スタンフォード国立線形加速器研究所）で、行われている電子・陽電子衝突実験。Belle実験とともに小林・益川のノーベル物理学賞受賞に貢献した。

No.17 October 2009

05

特集

小 林・益川理 論を超えてなぜ 余剰次元が必要なのか標準模型の限界

標準模型は弱い相互作用と強い相互作用と現在の素粒子物理学は、素粒子標準模型を起源を結びつける話をしましょう。標準模型では、＊7

重力基本にしています。小林・益川理論とともに、標準電磁相互作用までは説明できました。
しかし、
われ

ヒッグス粒子が存在しないといけないと話しました

模型を形成しているのが、素粒子同士に相互にわれが一番身近に感じている重力は説明できてが、これはどの程度本当なのでしょうか。図5でいません。重力を説明するために皆が頭を悩ませ説明したように、
ヒッグス粒子が存在しないと、W粒子のもつ質量やエネルギーに比例して働く相互作用。
万有引力ともよばれ、地球が我々を引く力として我々が日常感じることができる相互作用である。
ニュートンによる重力理論は、
アインシュタインの一般相対性理論として修正を受けて古典理論として完成したが、まだ対応する量子理論は完成していない。

ていますが、1つの可能性として超弦理論が示唆

粒子の散乱確率が1を超えてしまいます。
では、
ヒッ

＊8

働く力、相互作用についての理論です。相互作用＊7は4つの種類があります。
1つは重力 です。
地球がわれわれを引いている力です。
もう1つが電磁気＊8、されています。
ここからが余剰次元の話になります。

グス粒子以外のもので、W粒子の散乱確率を1

電磁気も身近に感じることができます。
それから3つわれわれは3次元空間に住んでいると思っている

以下にできないのでしょうか。余剰次元理論では、

目は強い力 （相互作用）です。強い力はクォーク

わけですが、「 空間次元が9つないと重力は説明＊17
カルッツァ・クライン粒子（KK）という、余剰次元同士を結びつけて、陽子や中性子をつくっています。

できない」というのが超弦理論＊14の予言です。

方向に波動関数が広がっている新しい粒子が＊9

4つ目は弱い力＊10（相互作用）です。
では、力はどのように媒介されているのでしょうか。

予言されました。実はヒッグス粒子が存在しなくたいのですが、重力の相互作用の大きさは電磁気ても、
カルッツァ・クライン粒子を計算に入れると散乱確率は1を超えないことが保障されます。

＊10の相互作用と比べて10 しかありません。
これでこれは磁石同士が相手に直接力を及ぼしているは力の大きさが違いすぎて話になりません。4つの余剰次元理論を考えると、重力相互作用だけわけではありません。磁石のまわりには磁場（磁界）相互作用をすべて統一する理論をつくり上げたいが非常に弱い理由を説明するのと同時に、必ずができ、磁場を経由して磁石同士は反発しあったりというわれわれの野望を果たすためには、
どうしてしもヒッグス粒子を導入しなくて質量の起源の問題引き合ったりしています。
このように、相互作用をそんなに小さいのかを説明する必要があります。

が解決できるのです。

考えるときには、「場」が重要な役割を果たします。

どうすればいいのでしょうか。

LHC実験では、ヒッグス粒子を探すと同時に空間の次元は3次元ではなくて、隠れた小さい

カルッツァ・クライン粒子を探します。
ヒッグス粒子のみなす必要があります。同じ素粒子だとみなす

場合、つまり3つ目のスリットが閉じられた場合には、次元があるかもしれないと最初にお話しました。

代わりに、
カルッツァ・クライン粒子がみつかる可能

空間を伝わっているものです。
量子力学で考えると、ためにはＷ粒子の質量がどこから出てきたのかを

この確率が1を超えてしまうのです。確率が1を超えこう考えると重力の相互作用だけが非常に小さい性があります。そうすると質量の起源の問題は、現在の標準模型とはかなり違う姿で説明される

光の波に対応する粒子が存在し、この素粒子を説明せねばなりません。
これが「質量の起源」のるなんてありえません。
ヒッグス粒子が存在しないと、ことを説明できます。
ここでは「ワープした余剰次元」

光子とよびます。

問題です。

W場の量子力学が矛盾してしまうのです。
ちょっととよばれる、歪んだ余剰次元を考えてみましょう。

ことになります。
これにより、小林・益川理論や標準難しい話ですが、
ここでもまた、粒子が波のように歪んだ余剰次元のなかで、重力場の粒子である模型を超える新たな理論が誕生するかもしれま＊16

作用は、中性子が、陽子、電子、反ニュートリノに

ヒッグス粒子（h） が必要とされています。でも、干渉する量子力学の特徴が重要になっています。

グラビトン を考えます。余剰次元の方向に関してせん。LHC実験には実はこんな可能性もあるのなるβ崩壊を引き起こす相互作用です。弱い相互どうしてヒッグス粒子が必要とされるのでしょうか。

ヒッグス粒子は存在するはずだといいましたが、グラビトンの場所を測定しているわけではないので、です。本日はどうもありがとうございました。

作用にも
「場」
が存在します。
この「場」
をW（weak）

W粒子はW粒子同士で相互作用することが知ら残念ながら、
まだみつかっていません。
これが発見

グラビトンは波動関数、確率として余剰次元のなか場とよぶことにしましょう。電場・磁場と同様に、Ｗ場れているのですが、それには3種類の場合があり、されるかもしれないのが、2009年の秋から再開されで広がっています。歪んだ余剰次元を考えると、の量子力学を考えると対応する素粒子である

あたかも3 重スリットのように3つの波が干 渉をるLHC実験＊13です。
あと何年かすれば実験結果がグラビトンの存在確率が局在し、グラビトンの存在

W粒子が存在します。中性子のβ崩壊＊11では、

起こします
（図5）
。

出ます。
ヒッグス粒子が存在すれば必ず発見され確率が大きな場所と小さな場所ができます。
このます。近い将来にも素粒子質量の起源が、実験的模型では、クォークやレプトン、
さらにはヒッグス粒子

中性子のなかに含まれるダウンクォークがアップ
クォークとＷ粒子に変化しています。
このＷ粒子は＊12

この干渉を考慮して、Ｗ粒子の相互作用の確率を計算すると、
仮にヒッグス粒子が存在しないとした「一瞬」
しか存在せず、すぐにニュートリノと電子にしていると考えるのですが、質量の起源であるヒッ

変化してしまいます（図4）。

グス粒子の局在している場所でグラビトンの存在

n

経由して引き起こされるのと同じように、弱い相互確率が非常に小さくなっていれば、重力の相互作用p ＋ e ‒ ＋ɖeu

作用もW場が媒介することで引き起こされるのです。

n

質量が0だったのに対して、
W粒子は質量がすごく

d
d
W＋

電磁気も
「弱い相互作用の場」
も基本的には同じe‒ɖe

相互作用になっています。
これらが同じ相互作用
だということをまとめたのが素粒子標準模型です。

があるＷ粒子と質量がない光子を同じ素粒子だと

図4

h
KK

が非常に弱いことが明快に説明できます（図6）。
最後に、私が研究している余剰次元と質量の

特 集 ＿ 小 林・益 川 理 論 を 超 えて標準模型が存在を予言する素粒子のうち、唯一未発見の素粒子。
素粒子物理における未解決問題である質量起源問題に深く関わっているとされる。
＊13

LHC実験

スイス、ジュネーブのC E R N 研 究 所にある L a r g e H a d r o nCollider（ LHC）で行われる実験。
ヒッグス粒子の探索の他に、超対称性粒子や、余剰次元の探索が行われる予定。
＊14

超弦理論

重力の量子力学として最も着目を集めている理論。素粒子を振動

ンの
ビト
グラ 関数
率
確

＊15

統一理論

すべての素粒子と相互作用を統合する、未完成の究極理論。
＊16 グラビトン

余剰次元模型におけるグラビトンのイメージ

ランドール・サンドラム模型におけるグラビトンは、余剰次元の方向に量子力学的な波として広がっている。
ウィークブレーンに我々が住んでいると仮定すると、我々がグラビトンを観測する確率が非常に小さくなり、重力相互作用が極めて弱い理由が説明できる。

重力場を量子化したときに現れると期待される素粒子。
まだ未発見である。
＊17 カルッツァ・クライン粒子
余剰次元理論で予言される新素粒子。余剰次元方向に広がったすべての場に付随して予言される。

弱い相互作用

中性子のベータ崩壊は、クォークとレプトンの弱い相互作用による反応として理解できる。

図5 標準模型でのWW散乱振幅の計算を表す「ファインマングラフ」
一番左のグラフがW粒子同士の直接の相互作用による振幅を、
まん
なかのグラフがZ粒子や光子を媒介とする振幅を、最後のグラフがヒッグス粒子を媒介とする振幅を表す。量子力学ではこれらをすべて足して、絶対値の自乗をとることで「散乱確率」が計算される。散乱の途中過程で3つの状態をとり得るので、
あたかも3重スリットのように振幅が干渉する。余剰次元模型では、一番右のファインマングラフで、標準模型のヒッグス粒子の代わりにカルッツァ・クライン粒子が散乱を媒介し、この場合であっても散乱確率が1を超えないようにできる。

素 粒 子 論 研 究 室ホームページ
06＊12 ヒッグス粒子uu

大きいことです。
しかし質量に違いはあるものの、

＋

d p

中性子

電磁気との違いは何かというと、電磁気の光子は

陽子

＋

Z,Ɍ

中性子はアップクォーク1つとダウンクォーク2つでできた複合粒子であり、陽子は、アップクォーク2つとダウンクォーク1つでできた複合粒子である。陽子と中性子がいくつか集まって原子核を構成する。
単体の中性子は不安定であり、陽子、電子、反ニュートリノに崩壊する。
このように電子線（ベータ線）を放出する崩壊のことをベータ崩壊とよぶ。

している弦と考える。近年、いくつかの驚くべき発見があり、重力の量子論としての応用を超えて広い展開を見せている。時空の概念を拡張するなど、あらたな数学としての側面ももつ。

重力ブ
レーン

図6

電磁気のすべての相互作用が電場・磁場を

ただ、同じ相互作用だとまとめるためには、質量

ウィーク
ブレーン

といった通常の素粒子も余剰次元のどこかに局在に解明されることが期待されています。

弱い力

中性子のベータ崩壊などを引き起こす相互作用。
クォークやレプトンのもつ弱荷に働く。W場によって媒介される。電磁気と弱い力を統一した量子理論であるワインバーグ・サラム理論は良く検証されている。W粒子はW場が量子化されたもの。
＊11 中性子のベータ崩壊

我々が目で見ている光は、電場・磁場が波となって標準模型では、W粒子が質量をもつためには

強い力

われわれは重力まで含んだ統一理論＊15を考え

たとえば磁石のS極とS極をくっつけると反発します。

次に弱い相互作用を考えてみましょう。
弱い相互

＊9

クォークや反クォークを結びつけ中間子や核子をつくる相互作用。
クォークのもつ色荷に働く。色場によって媒介される。色場を量子化した理論は量子色力学（QCD）
として知られており、よく検証されている。
グルーオンは色場が量子化されたものである。

−41

磁石の場合には、それが磁場なのです。そして、

電磁気

電気や磁気のあいだに働く相互作用であり、電場や磁場によって媒介される。電場や磁場を記述するマクスウェル方程式は量子化され、量子電磁気学（QED）
として完成している。光子は電磁場が量子化されたものである。

http: //www.eken.phys.nagoya-u.ac.jp/index-j.html
No.17 October 2009

07

特集

小 林・益川理 論を超えて未発見力を伝える粒子

物質構成粒子クォーク
電荷+2/3 電荷-1/3
第1世代

LHC実験が切り拓く新たな素粒子世界

d超対称性粒子（スーパー粒子）

ゲージ粒子

電荷0

電荷-1

電磁気力：光子νeeγ

スカラークォーク

第2世代

c

s

νμ

μ

第3世代

t

b

ντ

τ

誠 タウ・レプトン物理研究センター准教授

g

ジュネーブ空港
CERN

LHCb

ATLAS

〜

〜

e

γ

〜

c

〜

s

νμ

〜

μ

〜

〜

〜

〜

ντ

〜

τ

図2 これまでの研究で既知の素粒子とLHC実験で発見をめざす
素粒子の概念図

g

W

Z0
スピンとは
素粒子固有の性質、
自転のようなもの。

t

b

〜

H

〜

〜

W

〜

Z0

クォーク、
レプトン、
ゲージ粒子が既知の粒子である。
ヒッグス粒子は、素粒子が質量を獲得するために必要不可欠な粒子で、LHC実験での発見が確実視されている。
スーパー粒子は、電磁気力、弱い力、強い力の統一へと導く新しい素粒子である。
さらに、暗黒物質の有力候補となる。LHC実験はスーパー粒子に代表される新しい素粒子の発見に挑む。

ヒグジーノ粒子

ヒッグス粒子 素粒子に質量を与える

ALICE

昨年、
小林さん、
益川さん、
南部さんがノーベル賞

素粒子研究をしています。
たとえば、LHC実験のトリノ、電子が第1世代、
チャームクォーク、
ストレンジ

状態（100GeV＊7 程度）で、先ほど説明した10−18を受賞されたわけですが、ノーベル賞の受賞理由

1つATLAS（A Toroidal LHC ApparatuS）実験＊3

クォーク、
ミュー粒子、
ミューニュートリノは第1世代

メートル以下の大きさをもつ素粒子が支配するを述べた文章の末尾に、「おそらくCERNの新しいでは、同じ興味をもった世界中の共同研究者、のコピーで、第2世代とよびます。
トップクォーク、世界でした。未発見のヒッグス粒子も存在していた

加速器LHCが、いまだ我々を悩ますこのような2000人以上が競争、協力して基礎科学を探求しボトムクォーク、
タウレプトン、
タウニュートリノを第3はずです。では、それよりももっと前の世界では謎の一部を明らかにするであろう」とあります。

ており、最先端の素粒子実験と、国際社会交流を世代とよびます。世代の違いは、質量が異なることどうか。
その世界では、4つの力が1つに統一され、「CERN（Conseil Européen pour la Recherche

楽しむ場となっています。

を表しています。

超対称性や余剰次元とよばれる新たな現象が＊1＊2
Nucléaire）」と「LHC（Large Hadron Collider）」、

これが今日の話のキーワードになります。
CERNはスイスのジュネーヴ郊外のフランスとの国境にあります。CERNはLHC加速器を有する
CERNとLHC加速器

CERNはスイスとフランスの国境にあるLHC加速器を有する国際共同研究機関。周長27キロメートルのLHC加速器には、4つの衝突点があり、そこで素粒子実験が行われている。その中で、名古屋グループが活躍するATLAS実験は、
CERN研究所内部に位置する。

大がかりな研究所です（図1）。
のどかな田園風景の中には似つかわしくなく、世界中の研究者がここに集結し、しのぎを削って

LHC加速器は2008年の9月10日に陽子ビーム

素粒子は、
「重力」
「電磁気力」「弱い力」「強い支配していたかもしれません、
それ以上に人類がの周回に成功しました。そのときには私も現場に力」の4つの力によって、物質として構成されます。

想像さえできない世界であったかもしれません。

いましたが、世界各国から200くらいの報道機関が重力と電磁気力は、無限遠まで到達することが我々研究者は、宇宙創成時の高温、高エネル

CERNに集まってお祭り騒ぎでした。

できるので、皆さんになじみのある力となっています。

ギーの世界では、力の大きさはまったく同じで、

今日の話「LHC実験が切り拓く新たな素粒子

弱い力と強い力が我々になじみがないのは、力の宇宙の膨張とともに4つに分岐したと考えています。

物理」
では、LHC実験でどのような素粒子研究を到達距離が素粒子規模の非常に短いものなのだ

実際に、力の大きさがエネルギーとともに変化して行うのか、それと同時に、LHC加速器と、その加速からです。電磁気力は
（＋）
と
（−）
の電荷を感じていることは、実験的にも確かめられています。
この器を使ったATLAS実験の紹介をします。

力が働きますが、同じように、弱い力は弱電荷、実験データをもとにして、単純に高エネルギー世界

強い力は3種類の色電荷を感じて力が働きます。

での力の世界を予測すると力の大きさは1つになり素粒子の世界では、力は粒子を交換することに

得ません。
ところが、
「 超対称性粒子」が存在する

今わかっている素粒子たち
素粒子物理研究とは、
自然界にあるすべてのよって働くと考えます。たとえば、別々のボートにと力の統一が実現できるのです。
「超対称性粒子」

物質を細かく砕いていったときに最終的に何が乗った2人の人がキャッチボールしている場面をのことを今日は「スーパー粒子」とよびましょう（図2）。

残るのか。つまり、素粒子を探る研究です。
同時に、想像してみましょう。1人がボールを投げるとき、素粒子固有の性質を表すものの1つに、自転

素粒子同士に働く力のメカニズムを追究する研究

ボートはボールを投げる方向とは反対側に動くことのような性質をもつスピンというものがあります。

です。

が想像できます。
ボールを受け取った側の人も後ろ

クォーク、
レプトンはスピン1/2、
ゲージ粒子はスピン1、

このような考えは今に始まったことではありま

側に動きます。素粒子は、「ゲージ粒子＊6 」という

ヒッグス粒子はスピン0です。スーパー粒子は、せん。古代ギリシャの時代には、空気、火、水、土の仲間の素粒子をボールにしてキャッチボールをして我々が知っている素粒子と比べて、スピンが1/2

四大元素が素粒子だと考えられていました。
そのいます。電磁気力は光子、強い力はグルーオン、だけ異なり、残りの性質はまったく同じ粒子のことを後、素粒子に対する理解は時代とともに進化して弱い力はウィークボゾンがゲージ粒子になります。

いいます。
このスーパー粒子の質量が1000GeV

実は、素粒子はレプトン、
クォーク、ゲージ粒子程度の実験的に手に届く範囲にあれば力の統一だけではありません。素粒子に質量を与える役割が現実的となり、
LHC実験はこの発見に挑みます。

であるヒッグス粒子が必要不可欠なのです。
ヒッグ

我々が知っている素粒子でできている物質はとダウンの2種類のクォーク にたどりつきます。

ス粒子は未だ発見されていませんが、LHC実験で全宇宙組成の中で4%にしかすぎません。残りのこのレプトンとクォークが現在考えられている素粒発見されることは確実です（図2）。

73%は暗黒エネルギー、23%は暗黒物質とよばきました。
自然界の物質を分子、原子…と細かくしたとき、＊4電子、電子ニュートリノの2種類のレプトン 、
アップ
＊5

−18

より小さいことが確かめられています。
そして、
その1971年生まれ。2001年 名古屋大学大学院にて博士課程を修了。高エネルギー加速器研究機構のCOE
研究員、米国フェルミ研究所のリサーチ・アソシエイトを経て2006年より現職。Bファクトリー実験とテバトロン
実験の経験を生かし、LHC実験にて新しい素粒子の発見に挑んでいる。

特 集 ＿ 小 林・益 川 理 論 を 超 えて＊1

CERN（欧州合同原子核研究機構）

1954年に設立された国際共同研究機関。最先端の加速器を用いて素粒子の基本法則や現象を探求することを主目的とする研究所である。
これまでに、W粒子、Z粒子の発見などの基礎科学
研究的な偉大な業績があるだけではなく、
ウェブ発明などの基礎研究を超えた分野でも優れた実績をもつ。現在は、60カ国を超える
国々から約1万人のユーザーが共同研究を展開している。
＊2

LHC（大型ハドロン衝突型加速器）

ヒッグス粒子や超対称性粒子などの新しい素粒子の発見を目指し、建設された陽子・陽子衝突型加速器。周長27キロメートルの加速器によって7兆電子ボルトの陽子同士の衝突を実現する。14年間の建設期間を終え、2008年に陽子ビームの周回に成功し、2009年秋に再稼働する。
＊3

ATLAS（アトラス）実験

LHC加速器の陽子・陽子衝突を測定し、ヒッグス粒子や超対称性粒子を探索することを主目的に進められている実験。陽子ビーム
衝 突 点に高さ2 5メートル長さ4 4メートル、総 重 量 7 0 0 0トンの
ATLAS検出器を有し、37の国と地域から2000人以上の研究者が参加している。
＊4 レプトン物質を構成する素粒子の1つの種類。
なじみのあるものでは、電子がレプトンの仲間である。その他、
ミュー粒子、
タウ粒子、電子
ニュートリノ、
ミューニュートリノ、
タウニュートリノを含む6つがレプトンの仲間である。
強い力が働かない物質構成粒子である。
＊5 クォーク
物質を構成する素粒子の1つの種類、陽子などを構成する素粒子である。
レプトンと異なり強い力が働く。
その結果、たとえば陽子は、アップクォーク2つとダウンクォークで構成される。
その他、
チャーム
クォーク、
ストレンジクォーク、
トップクォーク、
ダウンクォークを含む6種
類がクォークの仲間である。
＊6 ゲージ粒子
力を媒介する素粒子。電磁気力を伝える光子、弱い力を伝える
ウィークボゾン（W粒子とZ粒子）、強い力を伝えるグルーオン、重力を伝える重力子（未発見）がゲージ粒子の仲間である。
＊7eV（電子ボルト）

エネルギーの大きさを表す単位。1ボルトの電位差の中で電子が獲得するエネルギーが1eVである（＝1.60217733×10−19ジュール）。
素粒子物理では、運動量、質量なども電子ボルトで表す。小さい単位であるため、メガ電子ボルト（MeV=106eV）、
ギガ電子ボルト（GeV=109eV）、
テラ電子ボルト（TeV=1012eV）がよく用いられる。
参考までに、陽子の質量はおよそ1GeVである。

れる謎の物質です。
スーパー粒子は、暗黒物質の子です。
これらの素粒子は、実験的に、10 メートル

08

νe

素粒子実験の最前線

モンブラン

Makoto Tomoto

d

+
‒

H

図1

〜

〜

弱い力：ウィークボゾン

未発見

CMS

ゲージーノ粒子〜u

スピンが異なる

レマン湖

スカラーレプトン

強い力：グルーオン

+
‒

戸本

u

レプトン

新たな素粒子たち

後の素粒子研究の成果により、合計で6種類の宇宙はビックバンにより誕生し、膨張し、そしてクォークと6種類のレプトンが存在することがわかり137億年を経て冷えた現在の宇宙となりました。
ビました。
アップクォーク、
ダウンクォーク、電子ニュー

ッグバンの10−11秒後の宇宙は高温、高エネルギー

最有力候補であり、それが本当ならば、我々は宇宙組成の4分の1を理解することになるのです。

No.17 October 2009

09

特集

小 林・益川理 論を超えて巨大加速器と巨大検出器

素粒子をどう観るのか？
では、どうやって極微の素粒子世界を観ている

高エネルギーの粒子は加速器によってつくり

LHC加速器は周長27キロメートルの円形加速のでしょうか。顕微鏡では光を当て、その光の反射出されます。加速器の原理はシンプルです。
（＋）
の

器です。
ちょうど、名古屋市営地下鉄の名城線1周や屈折のさまから物のかたちを観察します。光の電極板と（−）の電極板の間に（＋）に帯電したほどの大きさです。1232本の超伝導磁石が27キロ

波長よりも大きな物に光を当てると光は反射や屈折粒子を置くと、電場によって（−）電極の方向に力をメートルの加速器を覆い、14TeVの世界最高エネをしますが、光の波長よりも小さなものでは光は受け、粒子は加速します。N極とS極の磁石で挟まルギーを実現します。超伝導磁石は液体ヘリウム

反射や屈折をせずにすり抜けてしまいます。
目にれた空間に電荷をもった粒子を動かすと、磁場にで冷却して、1.9K＊9に冷却している状態で運転

見える光は100ナノメートル、
つまり100×10 メートル

よって粒子は曲がり円運動を始めます。磁界をしています。27キロメートルの加速器のリングは、程度の波長なので、顕微鏡ではその程度の大きさ

強くし、円運動の半径を大きくすることで、粒子の地下100メートルに設置されており、合計4つのまでしか観察できません。
さらに極微な素粒子は、

加速度は増します。
このように電気や磁気の簡単

ビーム衝突点、つまり実験施設があります。我々

10−18メートル程度の波長の光が必要となることになメカニズムを応用しているのが加速器なのです。

名古屋大学のグループが参加している実験はなります。
光のエネルギーは波長と反比例の関係に

円形加速器は、荷電粒子を円運動させるためのATLAS実験です。

あり、波長が短いほどエネルギーは大きい。つまり電磁石と、加速するために設置した加速用電極−9地下100メートルの実験ホールに、
直径25メートル、高エネルギーの光を当てれば、より小さいものをからなります。荷電粒子は、電極を通るごとに加速

長さ44メートルの巨大円筒形をしたATLAS検出

観ることができます。
これは粒子を当てても同じです。

され、それに応じて磁石の磁場を大きくすることで、器があります。陽子と陽子を円筒の中央で衝突

高エネルギーの粒子をぶつけるほどより小さな粒子は、同じ半径の円形加速器内をまわるたびにさせ、新しい素粒子をつくり出します。新しい素粒物質の構造を観ることができるのです。

加速度を増していきます。

子は、何百、何千もの我々が知っている粒子に崩壊してATLAS検出器に痕跡を残します。何千

図3のでしょうか。電子と陽電子を衝突させると対消滅もの粒子は、小さな検出器で観測するよりも大きな

写真は、
円筒検出器の筒部分とふた部分の境界から撮影したもの。名古屋大学グループはとくに、写真右側にある円盤形ミュー粒子検出器の建設や運転の分野で活躍している（写真提供：CERN-ATLASグループ）。

をしますが、電子と陽電子がもっていたエネルギー検出器で観測した方が、より良い分解能で粒子を新しい素粒子をつくるためにはどうすればよい

2

図4

ATLAS検出器は残ります。有名なE = mc 式によると、残ったエネ

観測できるので、このような巨大な検出器が必要

ルギーだけの未 知の素 粒 子を生 成することがになるのです。
光が残したピクセル（点）
を分析して、主役です。現在、我々のグループでは、3人の学生

修理は、まもなく終わり、2009年の秋にLHC加速可能であることがわかります。つまり、粒子の衝突

我々の姿を写しだすデジタルカメラのように、
このと1人の研究員がCERNで主体的な研究をして器の運転再開が予定されています。

エネルギーが大きければ、質量の重い未知なる巨大検出器を使って粒子が残した検出器の痕跡います（図４）。彼らは「当たって砕けろ」の精神で

我々実験屋は加速器が動いていなくても、検出

素粒子をつくり出すことが可能となるわけです。

（点）
を集め、
それを解析することによって、衝突点

現地での研究を楽しんでいます。
まさに粒子と器のチューニングはできます。我々は、先日の陽子

過去の実験で、45GeVの電子と陽電子をぶつけて、で発生した新しい素粒子の像をみます。検出器の粒子を当てて砕けさせる研究をしているわけですが周回したときのデータももっていますし、空から90GeVの質量であるZ粒子をつくり出すなど実績

読み出し数は、1億6000万チャンネルですので、から、彼らはこの研 究にぴったりの人 材です 。

降ってくる素粒子である宇宙線を使って検出器ががあります。未知の素粒子とは、既知のエネルギー

余談ですが、
いままでの説明では、1つの粒子を

1億6000万画素のデジタルカメラといってもよいで

素粒子物理が難しいと思っている人でも、ある

正しく応答しているか確認しています。
こうしたでは生成が不可能であることを意味します。
この

加速しているような印象を与えたかもしれませんが、

しょう。
ただし、
この検出器は、光、だけでなく、電子、程度の知 識と体力に自信があり、1つの目標にデータから問題点も多く見つかり、何十メートルの手法から、今度は、
ヒッグス粒子や超対称性粒子

実際には粒子の塊を加速させています。
たとえば、ミュー粒子、陽子など、いろいろな粒子を判別する

向かって突っ走る研究への情熱があれば実験屋

検出器を文字通り縦横無尽に走りまわりながらをつくり出そうと考えているのです。素粒子の構造

LHC加速器の場合、陽子の塊が2835個並んで能力ももっています。

として活躍できる場があるでしょう。

改善もしました。
たとえ今日、陽子を衝突させても、11を探ったり、新しい素粒子をつくり出したりするため

いて、1つの塊のなかには10 個の陽子が入ってには高エネルギーの粒子が必要となるのです。

います。

新しい物理が観られそうなぐらいまで検出器は検出器の建設工事は100メートルの穴掘りから始まりした。検出器建設の土台を固めた後に検出

未知の素粒子の発見に向けて

特 集 ＿ 小 林・益 川 理 論 を 超 えて仕上がっています。
さらに、2009年の秋以降、未知

現在、実験稼働中の加速器の中で世界最高器のパーツごとにインストールをしました。2005年に講演のはじめに、ATLAS検出器が完成し、の素粒子が発生した場合に備え、シミュレーション

エネルギーは、アメリカのフェルミ研究所にあるテバ

は検出器の骨組みができ始め、そして、10年以上の2008年9月10日、陽子ビームがLHC加速器を周回を使って新発見を先取りした物理解析を実施してトロン加速器＊8で、2000GeVの衝突エネルギーです。

歳月をかけ2008年、検出器が完成しました（図3）。

したことを紹介しました。
しかしながら、
その9日後のいます（図5）。

この加速器によって、唯一未発見であった最も素粒子実験というと何か机の上で細かいことだけ

19日に加速器で事故がありました。超伝導磁石間重いクォーク、
トップクォークを発見しました。
我々は、をしているような印象を受けそうですが、現実はに電気を通すケーブル接続部の抵抗が増加しLHC実験が始動しました。LHC実験は、
ヒッグス

衝突エネルギーの高い加速器をつくり、より重い違います。何百トンの重量物を運ぶクレーンで物を発熱、放電しました。その結果、1.9Kに冷やした粒子を発見し、さらに超対称性や余剰次元などの粒子を発見し、現代素粒子物理を成功へと導き運んだり、はしご車に乗って20メートルの高さで液 体ヘリウムが真 空 容 器に漏れだし、温 度が新しい素粒子世界を開拓するために、最先端ました。今日の話の主役であるLHC加速器は、ハーネスとよばれる命綱を装着して回路の設営を上昇し気化したことで容器の圧力が急上昇し、技術を凝縮させた素粒子実験装置であることは小林・益川理論を超える素粒子世界をめざし、

テ バトロン 加 速 器 よりも7 倍 高 い 1 4 T e V

したりと大がかりな建設工事をしたりもするのです。

20台以上の超伝導磁石が移動し破損しました。

間違いありません。今は、
まさに、素粒子物理学の（1TeV=1000GeV）という衝突エネルギーを実現

名古屋大学のグループは、直径25メートルの53台のマグネットを地上に取り出し修理しないと革命前夜です。
これからの素粒子研究はますますさせ、ヒッグス粒子、スーパー粒子、あるいは、
サプ

円盤の検出器の仕事を主にしています（図3）。

いけなくなり、現在、その修理と今後同じ事故が面白くなります。
とくに、ここにいる若い人たち、私とライズな素粒子の発見をめざします。

やる気とガッツをもつ若い研究者たちが研究の起こらないような改善策が施されています。
このいっしょに新しい素粒子を見つけませんか。

高エネルギー素 粒 子 物 理 学 研 究 室ホームページ
10

CERNで活躍する名古屋大学グループのメンバー

研究の主役は若手研究員や学生たちだ。彼らは未知なる素粒子の発見をめざし、世界中の共同研究者との現場研究を楽しんでいる。

図5 ヒッグス粒子のシミュレーション事象
2009年秋からの陽子衝突によって、ヒッグス粒子をつくり出した時、
ATLAS検出器では図のように見える。図は、ヒッグス粒子が2つの電子と2つのミュー粒子に崩壊したシミュレーションのイメージ図である。図は、円筒内部を詳細に観測したもので、赤線がミュー粒子、青線が電子の飛跡を示す。
こうした電子やミュー粒子の飛跡を再構成して衝突点でヒッグス粒子が生成されたことを立証すること
が物理解析の肝となる。
＊8 テバトロン加速器
シカゴ近郊にあるフェルミ国立加速器研究所が有する陽子・反陽子衝突型加速器。周長約6キロメートルの加速器によって1兆電子ボルトの陽子と反陽子を衝突させる。現在稼働している
加 速 器 の中で最 高 衝 突 エネルギーを誇り、トップクォークの発見などの実績をもつ。
＊9K（ケルビン）

温度を表す単位。絶対零度0Kは摂氏−273.15度に相当する。

http: //www.hepl.phys.nagoya-u.ac.jp
No.17 October 200911

理 の 先 端 をいく

I

分子をつなげて価 値を生む有機合成化学― ナノの世界の建築家をめざして ―「機能の宝庫」
ビアリール化合物

伊 丹 健 一 郎 物質理学専攻教授
ニッケル触媒

痛風・高尿酸血症治療薬
フェブキソスタット

図1 炭 素 ̶ 水 素 結 合 変 換による芳 香 環 連 結 反 応（上）独自の遷移金属触媒の開発、（下）応用例：痛風治療薬フェブキソスタットの
超短工程合成法の確立されている。
この 機能 が約束されたビアリール

Kenichiro Itami

1971年生まれ。1998年京都大学大学院工学研究科博士後期課程修了。1998年同研究科助手、2005年名古屋大学物質科学国際研究センター
助教授を経て、2008年より現職。専門は有機合成化学。

重要性は、化学（物質）の階層性を言語の階層性

ジウム（Pd）触媒を開発することに成功した
（図2）。

を嘆くが、
それに倍して自然の偉大さと単純明快さ

リール骨格を構築する新反応・新触媒を数多く

アミノ酸やπ共役系化合物などの機能性有機ユニに感動する。
これらの出会いと発見こそが、私に開 発 することに成 功した。独自の分 子 設 計をットとフラーレンのハイブリッド分子の迅速合成もとっての有 機 合 成 化 学の最 大の魅 力である。

施した遷移金属触媒（Rh, Ir, Pd, Ni, Cu）の作用

可能な手法である。
パラジウム触媒を用いたキラル「原子・分子レベルから意のままに物質をつくりあげ、によって、有 機 化 合 物に最も豊 富に存 在 する

フラーレン類の一段階合成にも成功している。
これ

空間と機能を自在に操る」という、化学者の共通の

炭素‒水素結合 を直接的に変換しながら、芳香らの成果は、
単にフラーレンを化学修飾する新手法

夢の実現に貢献したいと考えながらも、ただ日常は環同士の連結が可能になるというものである。

の開拓であるばかりでなく、「ナノカーボン科学の実験室の小さな発見に学生といっしょになってこれらの新反応・新触媒の出現は、多くのユニーク進展に寄与する分子触媒化学」という新しい方向

一喜一憂する合成化学者でありたいと考えている。

な機能性物質を圧倒的なスピードで世に送り出す性を提案するものとしても注目されている。

ことを可能にした。たとえば、炭素‒水素結合のさらに最近では、市販の薬品からわずか6段階

なお、
フェブキソスタットは年間1000億円規模のただけのシンプルで美しい分子だが、75年以上の医薬となることが期待されている。

である。あるいは物質に対するそうした理解やもったとき、分子（単語）という意味をもつ。
さらに、知識の蓄積を活用することによって、原子・分子

それらが適切に集まると、分子集合体（文章）とする立場にある学問である。野依良治教授の言を

我々は、合成化学的に最も理想的な方法で、ビアを当てながら、分野横断型の合成化学研究を推進している。
ここでは、最近の代表的な成果に活用し、あらゆるニーズにこたえながら物質を供給をまったく予期していなかった場合は、自らの不才

パラフェニレンはベンゼンをパラ位で環状につなげついて紹介する。

いう機能体を生む。
こうした機能や価値が生まれる

かなりの陶酔感を味わうことになる。
あるいは、
それ

化学修飾を可能にするロジウム（Rh）触媒やパラ（febuxostat）の、
超短工程合成に成功した（図1）。

にたとえるとわかりやすい。単独ではあまり意味をプロセスにおいて、合成 の重要性は明白であろう。

たとえば、フラーレン表面での位置選択的な有機化学の中心に居座り続けてきた課題である。

で 最短カーボンナノチューブ であるシクロパラ

なさない原子（アルファベット）が、あるつながりを長きにわたって合成化学者の挑戦をことごとく退けていたものでもあった。我々の合成は、太さと長さ

新しいナノカーボン材料の創製
機能 が約束された化学反応、
芳香環連結反応の革新

フラーレンやカーボンナノチューブなどのナノカーボン類は次世代マテリアルズサイエンスのの決まった「純正カーボンナノチューブ」の完全
化学合成の道を拓く第一歩として、大きな期待が寄せられている。
目に見えない10億分の1メートルレベルの話だが、芳香環−芳香環結合をもつビアリール骨格は、主役となる物質群であり、新しいナノカーボン材料

我々の研究室では、「誰もがほしがる有機骨格

有機化合物の機能発現における最も重要な基本を効率的に提供する合成化学の開拓は、
このそれでも設計図を描きながら確実にモノをつくれるを、誰もが望む方法で提供する」、「 医農薬・複雑構造のひとつである。医農薬や生物活性天然物

分野の発展の鍵を握る。我々は、分子触媒化学のというのが、有機合成化学の醍醐味である。
目の借りれば「創造的であり経済効果をもたらす責任

天然物や機能性有機材料をつくる」、「 前人未到に頻繁に見受けられるのみならず、近年興隆する

エッセンスをこの分野にもちこむことで、従来法で前のフラスコの中で世界初の「分子つなぎ」が科学（Responsible Science）」である。合成のの有機骨格をビルドアップする」という課題に焦点

有機エレクトロニクス材料の基本骨格としても活用

はアクセスできなかった新しいナノカーボン物質を行われていることを知ったときの興奮は、何にも有 機 化 学 研 究 室ホームページ
12 理 の 先 端 をいく Ｉ

代え難いものである。
それを予め計画していれば骨格をいかに構築するか、一世紀以上にわたって

フェニレンを合成することに成功した
（図3）。
シクロ

性格が付与されている。特権といってもよい。最大

有機合成化学とは、そのような権利を最大限に創製することに成功した。

新薬として脚光を浴びているフェブキソスタットの特権は、原子や分子でサイエンスを語れることレベルから物質をビルドアップできるという権利だ。

遷 移 金 属 触 媒を用 いたフラーレンの 化 学 修 飾

RhやPd触媒の作用により、C−C形成、C−C切断、C−H変換、C−H二量化など、多様な化学変換がフラーレン誘導体で可能になった。
アミノ酸やπ共役系化合物などの機能性有機ユニットとフラーレンのハイブリッド分子や、
キラルフラーレン類の迅速合成も可能な手法である。

直接変換触媒を用いることで、40年ぶりの痛風

有機合成化学という ものづくり
化学には、ほかの学問にはない多くの特別の

図2

図3

最短カーボンナノチューブ の化学合成

太さと長さが明確に決まった、分子式として表せる「純正カーボン
ナノチューブ」の合成は、究極の課題のひとつとされている。今回、それにむけた第一歩として、直径が明確に決まった最短カーボンナノ
チューブ、
［12］
シクロパラフェニレンを選択的に合成する新しい方法論の開発に成功した。鍵はシクロヘキサン環を「曲がったベンゼン前駆体」として用いるという戦略である。今後、「カーボンナノリング」ともいうべきシクロパラフェニレンの一次元集積化が達成されれば、直径が均一なカーボンナノチューブの合成が可能になると期待されている。

http: //synth.chem.nagoya-u.ac.jp/
No.17 October 200913

理 の 先 端 をいく

Il

2
500光年
1

銀緯（度）

0

2
500光年
1

0

0

358

356

354

銀経（度）
図1 「なんてん」によって発 見された2 つの磁 気 浮 上ループ
（上）視線速度−180km/秒から−90km/秒の範囲にあるループ1、（下）視線速度−90km/秒から−40km/秒の範囲にあるループ2。
ここで用いた銀河座標系では、銀河系中心（赤十字）
がほぼ原点にあり、銀河面（天の川）に沿って銀経が変化し、それとは垂直方向に銀緯が変化する。
（Fukui, Y. et al. 2006, Science 314, 106 ）Yasuo Fukui

1951年大阪市生まれ。東京大学理学部卒（1974）、同大学院理学系研究科天文学専攻修了（1979）。専門は電波天文学。
チリ共和国に電波望遠鏡「なんてん」
を設置し、星の生まれるガス雲の観測を行っている。

銀河の中 心で磁 場が「弾ける」― 40年を経て理論的予想を検証 ―衝突にある。長い間に、陽子は何回も水素と衝突なる。パーカーが指摘したように、
これはガス雲ループの根元では、ガスが大量に圧縮され、
ガス

するため、
ガス全体が磁場といっしょに運動するの形成の仕組みにもなっている。根元のガス塊が、から巨大星団が生まれやすくなる。銀河系中心部である。

その証拠である。

には実 際 、数 千 個の星を含む、銀 河 系で最 大浮上プロセスは2つの量で決まる。1つは、ガス層

太陽表面のプロミネンスも磁気浮力によって規模の星団が3個ある。銀河系中心では、普通はの典型的な厚みスケールハイト＊4であり、
これは

形成される
（図３）
。
規模ははるかに小さいが、両者を磁場がスプリングとして効き、ガスの収縮をさまたげ

ガス圧と星の重力の比で決まる。
もう1つは、磁場比較することで現象に対する理解が深められる。

るために星は形成されないが、ループの根元ではの強さとガス密度のかねあいで決まるアルベーン

太陽表面の磁場は数百ガウスであり、アルベーン

ガスが集中して巨大星団ができる。星の形成が速度＊5である。磁場が強くなると、この速度は速く

速度は毎秒10キロメートルである。
銀河系中心部の磁場に制御されて、銀河は進化を遂げる。
100億年なり、密度が高くなると、遅くなる。磁気浮上ループ

1兆分の1のスケールだが、物理は共通している。

をこえる銀河系の歴史の新たな1ページがループの高さはスケールハイトの2、3倍、ループ全長は

太陽表面の現象の中に、銀河ループを理解するの発見を通して見えてきた。

10倍強と予想され、図１の観測とよく合う。
また、ヒントがあり、逆に銀河ループから太陽へのヒントも磁場の強さを推定すると150マイクロガウスと求めくみ取れる。

＊1 プロミネンス
太陽の下層大気である彩層の一部が、磁力線に沿って、上層大気であるコロナ中に突出したもの。

られる。
これは銀河系全体の平均値の100倍以上の強い磁場である。磁場の振動は毎秒30キロ
メートルで伝わるので、磁気浮上は数百万年で起こる現象である。

ループから見える銀河進化
この研究では、ループ発見の当初から観測家と理論家が密に連携した。我が国に磁気流体力学の理論研究の伝統があり、強力なグループが活躍

強い磁場がガス雲を形成 する

していたことが背景にある。理論的な数値シミュ

この発見の意義は大きい。
まず、磁場が強くガス

レーションの計算結果を見ると、大きな傾向として運動に本質的に効いていることが明らかになった。

銀河系中心の片側に大きなループが偏り、反対側ある。
日本からは、いて座は南天に低く観測しにしかも、ループの根元で際立ってガス運動が大きくに濃いガスが集まる傾向がある。
これはループがくいが、南半球から見ると、天頂高く絶好の条件なっており、理論が予想したように、根元で衝撃波が銀河系中心の右側に偏り、反対側に濃いガスがで観測できる。
「なんてん」はこの星座をくまなく発生している。
ここでは、落下したガスの運動が集まっている観測事実とよく合う。一般に、ガスが観測し、世界最高のガス雲の地図をつくった。

一気に熱エネルギーに変換されていると考えられる。

薄い方が、磁気浮力が効いてループが大きく成長

2006年、
この「なんてん」の地図を詳しく解析

1966年、
シカゴ大学のパーカー＊6は磁場が銀河できるためである。今後も、理論と観測のキャッチ

してループが発見された（図1）。
２つのループは規模でループをつくる可能性を理論的に予言した。

ボールが、ループの理解を深めると期待される。

銀河面から1000光年もの高さに浮き上がって40年を経て、
この予想が初めて実証されたことに磁気浮上ループは星の形成にも深く影響を与える。

＊2 黒点
太陽表面を観測したときに黒い点のように見える部分のこと。
太陽の自転とともに東から西へ移動する。
＊3 パーカー不安定
ガスの集まりがあったとき、そこに水 平に磁 場が走り、垂 直に重力が作用した場合に起こる磁場の波打ち現象。1966年にE.N.パーカーにより理論的に予想された。
＊4 スケールハイト
ある量（ここではガス層の気圧）が高さととともに指数関数的に減少するときに、1 /e（eは自然対数の底）まで減少する高さをスケールハイトとよぶ。一般的には、大気の厚さを表す尺度として使用される。
＊5 アルベーン速度
磁力線に沿って伝播する磁気流体波のことをアルベーン波とよび、その速度をアルベーン速度とよぶ。
＊6 E.N.パーカー（1927−）
アメリカの物理学者。地球・太陽・宇宙にわたる電磁流体現象の研究により、太陽風をはじめとする多くの基礎概念を提案した。

いる。
これらのループが、太陽と同じ磁気浮上で、

福 井 康 雄 附属南半 球宇宙観測研究センター長

数百万年をかけてつくられていることが明らかになった。注目されるのは、ループの根元で強い電波が発生していることである。
ガスの集中が両端のガスのループが 運 動を起こす
天の川の中心部に、太陽表面と同じ磁気浮上
ループが発見された。1000光年前後にわたる巨大

根元で起きている。理論によれば、磁場がガスををもつ電子や陽子は、磁場のまわりに巻きついて支える釣り合いは不安定である。
なにかのきっかけ旋回するためである。

があると、すぐに磁場が浮き上がってくる。
これをなガスのループが弾けて激しく運動している。40年

銀河系の中心部は、恒星の密度が太陽付近のパーカー不安定＊3とよぶ。浮上したガスは磁力線に前の理論的予想が、初めて観測で実証された。

100倍以上と高い。その銀河系の中心では毎秒沿って銀河面に落下し、根元で圧縮される（図２）。

太陽面には、
プロミネンス＊1や黒点＊2などの活動

100キロメートルにおよぶ激しいガス運動が観測

ここで観測されたガスは、
ほとんど電荷をもたないが見られる。
これらの活動は、磁場が原因になってされる。
なぜこのような激しい運動が起きるのか、

中性の水素分子ガスである。陽子は1000万分の1起こる。磁場はいわばスプリングである。
ガスがここ30年以上におよぶ大きな謎であった。

しか含まれない。
なぜ、このガスが磁場に巻きつく

磁場に巻きついて、激しい運動を引き起こす。電荷

銀河系の中心部は星座でいえば、いて座にのか不思議に思われる。秘密は、水素と陽子の

重力
星間ガス
図2

天 体 物 理 学（ 実 験 ）研 究 室ホームページ
14 理 の 先 端 をいく Ｉl

図3

パーカー不安定を描いたモデル

浮き上がった磁力線がループとなり、磁力線に巻きついたガスが重力で下に落下し、根元に集まってガス雲をつくる。
（Parker, E. N. 1966, Astrophysical Journal 145, 811）

太陽表面で観測されたコロナ・ループ（写真提供 : TRACE／NASA）。

http://www.a.phys.nagoya-u.ac.jp/ae
No.17 October 2009

15

講義探検

「理」
を学ぶということ五感で学ぶ生物学講義【太陽系形成論／ 1年前期】【生物学実験／ 1 年前期】

荒川政 彦 地球環境科学専攻准教授「この講 義においてとくに気をつけたのは、また当講義では毎回学生からの質問や感想

金森

章 生命理学専攻助教

皆さんは、生命の危機が身近に感じられない及ぶ世界のさまざまなメダカを思うがままに観察

学生たちが納得できるような話 をする、ということを集め、次の回の冒頭にこれに回答する、という

現在においても、
自然淘汰とは別の圧力にさらさしてまわり、生殖という観点からメダカの生態を知るです。物事の理屈、現象の理由というものがわかりかたちをとる。
この質問回答の時間は毎回20分

れていることをご存じだろうか。個体の形質を後世努力をした。
オスとメスの違いを意識して水槽の中やすいような教え方を心掛けました」。

ほど用意されていた。
さらに、質問内容から発展に伝えるためには、生存競争に勝ち抜く以外に、を眺める機会というのは、普段あまりないことでは講義をする際のポリシーは、という問いに対してして講義の内容を柔軟に変更していくこともある。

子孫を残すことができるか、という性淘汰の圧力ないかと思うのだが、
卵胎生、
性転換、
自家受精など荒川先生はこのように答えられた。学部1年生向け

学生たちの疑問を解決しよう、
より理に適った話のに対抗しなくてはならない。性淘汰の過程では、の言葉とともに珍しいメダカたちを観察していると、に行われたこの「太陽系形成論」の内容を振り展開をしよう、という先生の熱意を感じ取ることがクジャクのオスの華麗な羽根のように、独特な形質

メダカの個体ごとの違いが性淘汰へどのように返ると、随所にこの考えを実感できる工夫が凝らできる講義方式であったと思う。

の発達が、異性を獲得する上で有利となる。
ものが結びつくのかを垣間見ることができた。学生たちは豊かな時代や場所においては、
この性淘汰の水族館さながらに楽しくメダカを観察し、剣のように

荒 川 先 生 が展 開された講 義の内 容を順にがある。私たちが今立っている大地は太陽系の荒川先生の講義を聴いていて、ふと思ったこと

圧力がかかり、独特な形質が時間とともに支配的長く伸びた尾をもつ個体や色鮮やかなオスを見つ追っていこう。
まず現在の太陽系の大まかな構成

第３惑星「地球」
であり、またその太陽系は銀河にになるということである。
この事実を身をもって体験

けるにつけ、私も含め、ともに議論を戦わせた。

が、最新の探査機による美麗な映像とともに紹介

無数に存在する星系の一つにすぎない。現代ならし、生物学の魅力を垣間見ることのできる講義が、されていたことがわかる。

される。映 像という直 感 的なアプローチはまず多くの人が共通認識として持つこの描像だが、「生物学実験」の1コマで開催された。

◎取材・文

森

俊輔 Shunsuke Mori

さらに、
裏方へまわり、
メダカの飼育を担当されている園のスタッフの方々から、どのようなメダカが存在

何よりも「わかりやすい」。
これに加えて「天体はほんの数百年前はどうだったであろうか。現代に理学部1年生向けのこの講義は、名古屋市

するのか、どのようにして飼育しているのかなどを、どのようにして形 成されたのか 」という問いを

生きる私たちは、
これまで人類が培ってきた科学

東山動植物園内の「世界のメダカ館」
で、館内の直接聞くことができた。
これもまた普段見聞きする

発することで、学生たちの惑星形成論に対する知識という遺産を存分に享受することができる。

裏方を含めたあらゆる場所から性淘汰に関わることのない領域に足を踏み入れたと喜々としながら、興味を引いていく。その後は分子雲の重力的な多くの人々が現象の理由を追い求め、一つひとつ事象を拾い集め、進化と生物の多様性を学ぶ

スタッフの方に、
ここで誕生した一風変わったメダカ

収縮から始まって惑星が形成されるまでを筋道をの論理を積み重ねていった結果だ。荒川先生の体験型授業である。
まず、私たちは園のスタッフのから、新発見へとつながる解析がなされるのかなど

追って解説する。
さらに視点を地球に絞ることに

講義には、
この
「理」
の積み重ねの面白さ、重要さ方が実演するメダカを用いた実験を観察した。

質問した。答えはイエス。
その際の処置やラボ間のよって、その地質学的進化や生命進化といったを伝えようとする意思が満ち溢れていた。

学生たちが熱心に見守る中、スタッフの方は慣れ交渉などについても懇切丁寧に教えていただいた。

大学受験における勉強は、ともすれば知識のた手つきで一連の操作をこなす。
この実験を通しこの講義を通して、学生たちは楽しみながらひとつの事象が関連し合い、次のステップへと詰め込みに終始しがちである。
「 理」
を学ぶとは

て、
メダカが環境に順応して体色を変化させる

生物学の魅力を存分に味わうことができたのでは進んでいく様が大変わかりやすく、幅広い分野のどういうことなのか 。この講 義を通じて、きっと能力をもつことと、景色の変化で自らの位置を知るないか。私も、個々の生命体が織りなす神秘に◎取材・文知識を必要とする地球惑星科学の魅力がこれ

多くの学生が感じ取ってくれたことと思う。

ことを学ぶことができた。

肌で触れ、一 層 学 問に対して造 詣を深められ

岩月 傑 Suguru Iwatsuki

でもかというほどに詰め込まれていた。

惑 星 環 境を俯 瞰 する構 図 へと行き着く。一 つ（物質理学専攻博士後期課程2年）

次に、私たちは、館内の200種1万5000匹にもそうである。

（素粒子宇宙物理学専攻博士前期課程2年）「世界のメダカ館」
での講義風景Masahiko Arakawa

地 球 惑 星 物 理 学 講 座 ホーム ページ
16

講義探検

1965年福井県生まれ。名古屋大学理学部卒(1987)、同大学院理学研究科地球科学専攻修士課程修了（1989）、1995年博士（理学）名古屋大学。北海道大学低温科学研究所助手を経て2005年より現職。専門は、宇宙雪氷学・実験惑星学。

http://www.eps.nagoya-u.ac.jp/geophys/index.html

Akira Kanamori

金森章ホームページ

横浜生まれで東京の田舎育ち。大学院修士課程の途中で東京から岡崎へ移り、博士号取得後は名古屋、Baltimore、三重県玉城町を経て2000年から名古屋です。研究の興味は生殖細胞のオスメス分化。
名古屋では今池と大須が好きです。

http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/gcoe/member/kanamori.html
No.17 October 200917

理学部交差点

同窓生からキャンパス通信

名誉教授だより

キャンパス通信

月探査機「かぐや」の運用を終えて理学部にクレイグス カフェ登場！

諏訪兼位名誉教授、2008年朝日歌壇賞を受賞

全国大会優勝を目指す将棋部

宇宙航空研究開 発 機 構 宇 宙 科 学 研 究 本 部 准 教 授

生命理学専攻助手

附属南半球宇宙観測研究センター長

素粒子宇宙物理学専攻博士後期課程1年

岩田隆浩（Takahiro Iwata）

杉山

福井康雄（Yasuo Fukui）

森部那由多（Nayuta Moribe）

伸（Shin Sugiyama）

す わ かねのり2007年９月の種子島での打ち上げ成功以来、私の生活久しぶりに理 学 部を訪れた人は耐 震 工 事 が 進んだは月探 査 機「かぐや」を中心としたものに変わりました。

建物群の様変わりに驚く。
しかし、何よりもびっくりするのは大役を果たしました。
この間に、「 おきな」と「おうな」という（Craig Harris）
さん。思わぬところから大学の国際化が２機の子衛星が「かぐや」
とともに、月の重力の詳細な地図の進んでいるものである。
モダンな内装の店内に座り、
シアトル

すんずん

ことではないだろうか。経営するのはアメリカ人のクレイグ

寸寸を 何と読むかと 娘の問いぬ特徴を欠いていた風景の中にお洒落なカフェが登場した

起源と進化に関する数々の貴重なデータを取得するという受賞したのは、
昨年6月の事件を詠んだ一首。

秋葉原悲し ずたずたと読めば「かぐや」
は、2009年６月にミッションを終了するまでに、
月の2009年1月、
諏訪兼位名誉教授が朝日歌壇賞に選ばれた。

将棋は本来、理詰めですべての結果が確定するゲームである。
しかし、終局に至るまでの分岐が膨大であるため
必 勝 法 が 確 定しておらず 、近 年のネット将 棋の普 及も相まって競技人口の裾野は大きく広がっている。難解な局面を己の機知によって打開し、真理に迫っていくという有様は理学の研究にも通ずるものがある。そのせいか、理工系の「おきな」と「おうな」が「かぐや」から分離したのは打ち

情報文化学部で開店するよう提案を受けたそうである。

上げの翌月。
それ以来、「かぐや」
が月の裏側に隠れた間に、しかし、もう1つの候補地として現在の場所を見て、すぐに「おきな」は地球からの電波を「かぐや」に送り届け、それをお店のイメージが浮かび、進出を決めたとのこと。
これまでまた地球に送り返す４ウェイドップラー計測という方法で、行ったさまざまな国の要素を取り入れ、
アメリカのキャンパス

月の裏側の重力場の分布を明らかにしてきました。一方にもないようなカフェを実現させたといっている。最初は心配「おうな」は、電波の干渉を利用した精密な観測方式にしていた理学部の女性人口の少なさだが、ここの男性諸君

諏訪名誉教授にとっては、2度目の受賞となる。今回のよって「おきな」の軌道決定を支えてきました。

が意 外にもスイーツ類が大 変 好きであることが判 明し、

朝日歌壇賞は、2008年朝日歌壇入選作から4人の選者が決定する。そこで、名簿の順位決めとそこから誰を試合に

「おきな」
と
「おうな」
は、名前こそ「かぐや」
を育てたおじい

四谷通をはさんだキャンパスや隣の南山大学からもファンが各一首を選出し、四首選ばれた中の一首。

出すかという盤外の戦略要素が生じ、団体戦の醍醐味のさん・おばあさんですが、私にとってはかわいい我が子の来るようになり、スタートは順調なよう。調理メニューを徐々に

諏訪名誉教授は、理学部地球科学科において地質学とようです。
「果たして無事に分離するだろうか」「４ウェイという充実させており、おいしいものだけではなく、フレンドリー

岩 石 学を研 究した。学 生 時 代から短 歌を「 読む」
ことを名古屋大学は一般の全国棋戦優勝者も数名が輩出

こ

風のコーヒーを味わえば、自分が学内にいることを忘れさせられる。
カフェ経営で15年の経験のある彼は、当初、佐佐木幸綱 選作成に活躍していたことを、ご存じでしょうか。
わたしは、この子衛星の開発と運用を担当してきました。

研究者には囲碁将棋の愛好家が多く、中にはコンピュータ
将棋のための人工知能を研究する人もいる。
大学生の将棋界では各地方の学生が連盟をつくり、毎年春と秋に地区大会を、その勝者で争う全国大会を夏・冬に開催する。名古屋大学の将棋部も、連盟の団体戦への参加を中心に活動している。7人制の団体戦では、各校は事前に14名の順位付けした名簿を見せ合った後、試合に出る7人の選手を相手に伏せたまま順不同で抜き出して一つとなっている。

難しい通信を、
きちんとこなすだろうか」と、心配と感動をサービスを提供していくそうである。店内に液晶プロジェク

楽しんできた諏訪名誉教授が、短歌を「詠む」
ようになったした中部地方では最大の実力校だ。
目下のところ地区大会繰り返した１年余りでした。
そして軌道上で一度も不具合をターが設置され、プレゼンテーションなどをする場所としてきっかけは、1968年、40歳のときに出かけた東アフリカの地質においては春秋併せて32連覇中であるが、それでも全国起こすことなく、予定どおりミッションを完遂したことに、大きな利用でき、憩いだけではなく教育研究のサポートを提供して調査だったという。
アフリカ大地溝帯の雄大な景観や、植民大会では過去一度は優勝しているものの、おおむね関東・

誇りを感じています。
とはいえデータを解析して本格的ないただけるのもうれしい。

地支配から解放された現地の人々の熱気にふれたことから関西勢に後れを取ってきた。
しかし、近年は全国クラスの科学成果を出すのは、これからです。活躍してくれた探査

これまで、理学部の中に商業施設が開業したことはなかっ短歌を詠みはじめる。
しかし、調査を終えて帰国すると短歌

実力者が数人入部したこともあり、5人制の夏の大会では機に「ありがとう」といいつつ、月の起源と進化の解明にたが、いざできてみると違和感はなく、どうしてこれまでなかっが沸き上がってくることがなくなった。
このあと10年間の空白

一昨年に3位、去年は準優勝と、栄冠にあと一歩というところ

向けて、私たちはこれからも頑張り続けます。

たのだろうと思うほどである。
こういうところにも、大学が急速を経て、1979年、
アフリカ調査に赴いた諏訪名誉教授はまで迫ってきている。彼らの出場が最後となる今年こそは（宇宙理学専攻博士後期課程1989年修了）に変化しつつあることを感じる。

サバンナを移動するヌーの大群に出合い、再び短歌を詠む。

優 勝を狙うために、準 主 力や控え選 手も含めて一 層の以降、現在まで作歌を続けているという。

発奮を将棋部OBの一人として期待したい。

著書「科学を短歌によむ」（岩波書店、2007年）には、湯川秀樹をはじめ科学者が詠んださまざまな短歌が紹介されている。
そのなかには飯島宗一元名古屋大学総長、上田良二
元名古屋大学理学部・工学部教授、関戸弥太郎 元名古屋大学理学部教授のつくった短歌もある。
そうした短歌のなかでも、大きな魅力を感じるのは、やはり研究の現場で詠まれた短歌であろう。走査電顕、大断層、染色体、研究棟、巨大加速器といった科学の言葉が文語体の五七五七七に折り込まれたとき、歌にはそこはかとなくユーモアが感じられる。
そしてそこには研究室の熱気や発見の喜びを垣間見る
子衛星「おうな」の最後の運用（中央が筆者）

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理学部交差点ことができる。

2009年8月4日から開催された全国大会の様子

No.17 October 200919