Issue 2 / 2022
www.kmi.nagoya-u.ac.jp

KMI - Kobayashi-Maskawa Institutefor the Origin of Particles and the Universe
素 粒子宇宙起源 研 究 所

理論物理屋から見た小林・益川論文の素晴らしさ
棚橋誠治（名古屋大学理学研究科・素粒子宇宙起源研究所）

この論文、長さは、たったの 6 ページです。でも、理論物理の考る。現実的なCP の破れ模型を構築するためには、4 元模型に新粒え方のエッセンスがいくつも詰められているスゴイ論文です。少しず子（場）を追加せねばならないことが結論される。CPの破れを引き起つ、読んでいきましょう。まず、冒頭からスゴイのです。“ When weこす可能な拡張のいくつかの例を示す。」と書かれており、論文の問

apply the renormalizable theory of weak interaction to

題設定、結論、発展的主張がそれぞれ短い1センテンスに明快に記

the hadron system,.. 「くりこみ可能な弱い相互作用の理論をハ述されていることが分かるでしょう。ここまで簡潔で明快に主張が記ドロンに適用すると」と、さらっと、書いてあります。でもこれ、実はと述されているアブストラクトは、まさに神業です。ても勇気のいる「適用」です。当時、ハドロンの世界は混沌としてい物理学研究としての小林・益川論文の優れている点は、もっとてよくわかっていませんでした。その混沌とした世界を、出来たばかりもっとあります。私がこの論文をはじめて読んだとき、もっとも感銘をの「くりこみ可能な弱い相互作用の理論」という武器を使って敢然と受けたのは、あらゆる論理的可能性が検討しつくされていることでし解き明かそうとする。理論物理の醍醐味です。当時、ハドロンの世た。小林・益川論文の 2 ページ目以降を読むと、くりこみ可能なハド界がどのくらい混沌としていたか、実は、この小林・益川論文からもロン4 元模型（ 2 世代模型）といっても、3かける3 の 9 通りに分類でき読み取れます。よく、「小林・益川理論によって、クォークの種類が 6ることが示されており、それらのひとつひとつに渡ってCP の破れの種類以上存在することが示された」という解説がありますが、実は、有無とセミレプトニック崩壊事象との無矛盾性が仔細に検討されて小林・益川論文のどこにも“ quark（クォーク）という単語は書いてあいることに気づきます。思いつきのひとつの可能性がうまくいかないりません。当時は、ハドロンがクォークからできているという考えは、まことを示しているのではなく、2 世代模型に関する一種の NO GO 定だ広く受け入れられてはいませんでした。小林・益川論文ではクォー理（成立が不可能であること）が主張されているのです。あらゆる可クが 6 種類とは言っておらず、ハドロンを構成しているなんらかの素能性を検討し尽くした後に真実に到達するという科学研究の醍醐粒子（今でいうクォーク）の種類が 6 種類以上あれば、CP の破れが味を感じませんか? 2 世代模型に関するNO GO 定理を証明したあ起きうることを証明しているのです。ハドロンの世界がどのくらい混沌とから始まる5 ページ目以降の議論はさらに圧巻です。ノーベル賞をとしていたか、これでお判りいただけるのではないでしょうか。

受賞した6 元模型（ 3 世代模型）だけでなく、拡張ヒッグス模型や拡小林・益川論文の素晴らしさはこれだけに止まりません。論文の主張がきわめて明快かつ具体的で、読者に誤解の余地を与えませ張ゲージ模型など、論理的に考えうるくりこみ可能なCP 破れ模型の可能性のすべてが列挙されていることに気づくでしょう。

ん。わずか4 行のアブストラクト（概要文）には、 In a framework

小林・益川論文の素晴らしさやこの論文を読んだときに感じる感of the renormalizable theory of weak interaction,

動は、まだまだ伝え尽くせません。もしあなたが研究者を目指す学生

problems of CP-violation are studied. It is concluded that

で、まだ一度も小林・益川論文を読んだ経験がないのであれば、あno realistic models of CP-violation exist in the quartet

なたはとても損をしています。教科書で学習するだけでなく、良い原

scheme without introducing any other new fields. Some

論文を自分自身で読むことで得られる感動はなにものにも換えられ

possible models of CP-violation are also studied. 「 CPのません。ぜひ、小林・益川論文の美しさに触れ、自分自身の将来の破れの問題をくりこみ可能な弱い相互作用の枠組みにおいて調べ研究の糧として学んでみてください。

Belle 実験コラボレーション／ ©KEK

小林・益川両博士は、1964 年にK 中間子の崩壊で発見されていた粒子と反粒子の対称性の破れ（ CP 対称性の破れ）を説明可能な理論を探り、当時知られていなかった第 3 世代の素粒子が存在すれば説明可能なことを示しました。この論文が発表されたのは1973年ですが、その検証には実に約 30 年にもわたる実験研究者の努力が必要でした。特にトップクォークは、日本の高エネルギー加速器研究機構（ KEK ）に建設されたトリスタン加速器で発見を目指したものの、予想以上に質量が大きいことがその後の研究で判明し、より高いエネルギーが得られる米国のテバトロン加速器でようやく発見されました（ 1995 年）。また、タウニュートリノの確認には、加速器だけでなく粒子の反応点を精密に測る技術が必要で、名古屋大を中心とするチームが独自の原子核乾板技術を駆使して実現しました（ 2000エネルギー衝突によりB- 反 B 中間子系を電子ビームの方向に高速年）。一方、小林・益川理論の説明どおりにCP 対称性が破れていで運動させて見かけの崩壊寿命を延ばし、これを最先端の粒子検ることを確認するには、第 3 世代素粒子のボトムクォークで構成され出器 Belleで測ることで必要な測定精度が達成できます。実験はるB 中間子とその反粒子である反 B 中間子の間での対称性の破れ

1999 年に始まりましたが、当初は高いビーム電流による問題が次々の測定が有効であることが三田一郎氏らによって指摘されました。に発生、さらに米国の BaBar 実験との激しい競争の中でようやく

しかしながら、そのためには、当時の加速器の 1000 倍も高い衝突

2001 年にB 中間子崩壊での CP 対称性の破れを確認しました。さら頻度（ルミノシティ）が得られる加速器と、寿命が約 1.5ピコ秒しかにその後の測定でこの対称性の破れが小林・益川理論と整合するない B 中間子の崩壊を精密に計測できる、当時としては夢のようなことも定量的に確かめ、これが決定打となって、両氏の2008 年ノー実験技術が必要でした。日本では、トリスタンの後続としてBファクトベル物理学賞受賞に繋がったのです。

リー計画が立ち上がりましたが、この加速器 KEKBは、周長約 3km

しかし、これで話が終わったわけではありません。私たちは現在、のリング内で数千もの電子と陽電子の塊（バンチ）を非対称なエネ

Bファクトリーの 50 倍のデータ蓄積が可能なスーパーBファクトリー

ルギー（ 電 子ビーム

(SuperKEKB/Belle Ⅱ) 実験をKEKで進めています。この実験で8GeV 、陽電子ビーム

は、B 中間子の様々な崩壊をより高精度で測定することにより、標3.5GeV ）で衝 突させ準理論からのずれや標準理論では起こらない反応を見つけることをる野心的なものです。

狙っています。1964 年の CP 対称性の破れの発見の驚きを契機に多 数バンチの衝 突に素粒子物理学が進歩してきたように、スーパーBファクトリーでの驚くより高 ルミノシティをような発見が、標準理論を超える新しい物理の発展に繋がることを得るとともに、非対称期待しています。

Belle Ⅱコラボレーション／©Belle Ⅱ/KEK

実験屋から見た小林・益川理論の検証
飯嶋 徹（名古屋大学素粒子宇宙起源研究所／ Belle Ⅱ実験スポークスパーソン）

ひとつの物理研究分野は、ひとつの論文だけで完結できるものではありません。優れた研究は、多数の研究者を触発し、たくさんの後続の関連研究が行われることでひとつの分野として確立されます。
この意味で、被引用数の多さは優れた物理研究であることを示すひとつの指標です。しかし、論文出版直後には、多くの研究者がその発展性や重要性に気づくことができない極めて先進的な内容を持つ研究論文も数多くあります。実は、現在の素粒子標準理論を確

ワインバーグ論文の引用数

小林・益川論文の引用数（ 1967 出版｜総被引用数 13,319 ）（ 1973 年出版｜総被引用数 10,987 ）

1967: 01968: 1
1969: 1
1970: 1
1971: 9 ← t Hooft renormalizability
1972: 92
1973: 167

1973: 1
1974: 1
1975: 5 ← Pakvasa-Sugawara
1976: 35
1977: 76

立したふたつの論文、S. Weinberg, A Model of Leptons（出版 1967 年。以下、ワインバーグ論文）と、M. Kobayashi and T.

Maskawa, CP-Violation in the Renormalizable Theory ofWeak Interaction（出版 1973 年。以下、小林・益川論文）
は、ともに、このような先進的な論文の代表的な例です。ここでは、これらふたつの偉大な論文が、出版後いつの時点でどのようなきっかけで多くの研究者がその重要性に気づくに至ったか、年ごとの引用数データを見ていきましょう。

研究を模索していらっしゃったとのことです。1974 年 11月におきた素これまでの総被引用数 13,319 のワインバーグ論文は、1967 年

粒子 11月革命（ J/ψ粒子の発見）と、1975 年に出版された論文 S.の出版後、1970 年までの 4 年間でわずか 3 の被引用数という、あPakvasa and H. Sugawara CP Violation in the six-quark

まり注目を浴びていない論文でした。とはいうものの、益川先生やmodel によってその当時知られていたCP 対称性の破れが小林・益

小林先生は早い時期からワインバーグ論文に興味を抱かれていた川理論で説明できることが示されたことが、小林・益川論文の被引ようです。ワインバーグ論文の転機は、1971 年に訪れます。G.'t

用数の爆発的増加のきっかけになりました。

Hooftが 1971 年に非可換ゲージ理論のくりこみ可能性を証明し、物理学研究における被引用数は研究の重要性の指標ですので、S. Weinberg自身がその物理的意義を解説する論文を書くことで、研究の流行に敏感になることは重要です。しかし、すでに起きている1972 年以降は爆発的に引用数が伸びていったのです。

流行だけを追っているとあらたな潮流を生み出すことはできません。

小林・益川論文（総被引用数 10,987 ）もワインバーグ論文の爆発

ワインバーグ論文や小林・益川論文の被引用数の推移は、流行が的な被引用数増加の最初の時期である1972 年に書かれ 1973 年始まる前に重要な研究の端緒をつかむことの重要性を教えてくれてに出版された論文ですが、その出版直後にはあまり注目を浴びないいるように思います。

論文でした。1974 年までの小林・益川論文の被引用数はわずか2にこの記事でとりあげたワインバーグ先生と益川先生は、2021 年 7すぎません。ただ、この時期から岩崎洋一先生（筑波大学元学長）

月23日、奇しくも、同じ日にお亡くなりになりました。大きな悲しみにたや、菅原寛孝先生（ KEK 元機構長）
は小林・益川論文に触発されたえません。心から哀悼の意を申し上げます。

引用数データから見る小林・益川論文

HISTORY OF KOBAYASHI-MASKAWA について
これは、小林・益川両教授による論文 CP-Violation in theRenormalizable Theory of Weak Interaction（ 1973 年出版）が生まれた背景とその発展をまとめた「 小林・益川理論の系譜図」です。

された全ての粒子が出揃い、私たちは現在、新物理探索の時代に突入しています。
系譜図に引かれた数多くの線は、既知の実験事実を説明し過去の理論を補完する新理論、新理論の実験的検証、未知の現象を予言する理論研究などの、研究のつながりを表したものです。紙面

この系譜図には3 つの時代が描かれています。素粒子物理学黎の制限で全ての結びつきを細やかに表現することが叶いませんでし

明期は1930 年前後にさかのぼり、混沌とした素粒子物理学が徐々たが、同じ時代に複数の研究をつなぐ横の線がある一方で、数十に体系化され「素粒子標準理論」が構築されました。小林・益川理

年もまたいで縦に伸びる線もあります。

論も素粒子標準理論の重要な一角です。小林・益川理論発表の小林・益川論文を題材にしたこの系譜図を通して、国境・時間・翌年、11月革命とも呼ばれる1974 年の J/ψ粒子（チャームクォー

理論と実験の垣根を越えて学問の言葉で刺激し合い、時に熾烈なク）の発見以降は、標準理論の検証に主眼が置かれる時代になり競争を交えながら、力を結集して知の境界を押し広げる学術研究のます。そして2012 年のヒッグス粒子発見をもって標準理論で予言営みを皆さまにお伝えできれば幸いです。

What is the origin of matter and the universe?

宇宙の - 我々の - 起源とは ?
宇宙は何からできているのか、時空の起源とは、物質はどこから生まれたか、そして、万物を支配する法則はあるのか。

KMIは、長年人類が追いかけてきたこれらの問いの答えを見つけるための組織です。

KMI 名古屋大学 素粒子宇宙起源研究所

KMI Unfolded Issue 2 / 2022Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe

Editors: Azusa Minamizaki and Masaharu Tanabashi〒464-8602 愛知県名古屋市千種区不老町
www.kmi.nagoya-u.ac.jp

Design: opportune design Inc.
2022年1月発行 ©2022 KMI/Nagoya University

History of the Universe
宇宙の歴史

1018GeV

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1012GeV109GeV

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1TeV

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1MeV

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EnergyTemperatureThe
beginningoftheUniverse

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1025K

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1015K

1010K

105K

1K

1010101010101-30-25-20-15-10-5（ z +1）-110-42sec

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10-24sec

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10-12sec

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1sec

106sec1012sec

1018sec

Age of the Universe
1z=103

z=102

103

z=10

106 109 Yearsz=1z=0Age of the Universe
Redshift Parametera0z = a -1
a: scale factor
a0 = a（t0）

KMI - Kobayashi-Maskawa Institutefor the Origin of Particles and the Universe
素粒子宇宙起源研究所

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