クイズ問題: 質量はほとんどゼロであり、とらえることが非常に難しい中性の素粒子で、ノーベル物理学賞の小柴昌俊氏の研究テーマでもあるのは何でしょう?
答え: ニュートリノ

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: ヒッグス粒子
text: ヒッグス粒子(ヒッグスりゅうし、英語: Higgs boson ヒッグス・ボソン)とは、1964年にピーター・ヒッグスが提唱したヒッグス機構において要請される素粒子である。質量を与える粒子で、この粒子の場が空間に備わっているが、その場が空間を満たす以前(真空の相転移が起こる以前)は、全ての粒子が質量を持たず、そのため光速で飛び回っていた。
title: 谷川安孝
text: 1949年に日本人で初めてノーベル賞(ノーベル物理学賞)を受賞した湯川秀樹に師事し、1942年に坂田昌一、井上健と共に中間子とミュー粒子は別種であり、中間子はミュー粒子より重く、中間子が自然崩壊してミュー粒子に変化するという二中間子説を提唱した学者として知られている。
title: 場の量子論
text: ゲージ理論では、ゲージ対称性を満たす場合、必然的にゲージ場の質量がゼロになる。しかし、光子を除く現実の粒子は質量を持ち、質量が力の及ぶ範囲を決める。1964年、これを救ったのが、ピーター・ヒッグスらのヒッグス機構で、南部陽一郎の自発的対称性の破れを使い解決した。
title: ピーター・ヒッグス
text: 1964年、素粒子の「質量の起源」を説明する電弱理論における対称性の破れ(南部陽一郎の対称性の自発的破れが原型)の理論を提出した。この仮説を裏付けるヒッグス粒子の発見は素粒子物理学の大きな課題となっており、スイスの大型ハドロン衝突型加速器を用いて陽子同士を衝突させ、ヒッグス粒子を検出する計画が進められてきた。
title: 中間子
text: 中間子は、湯川秀樹によって理論的に予言され、これが彼のノーベル物理学賞の受賞理由となった。
title: 湯川秀樹
text: 京都府京都市出身。 原子核内部において、陽子や中性子を互いに結合させる強い相互作用の媒介となる中間子の存在を1935年に理論的に予言した。1947年、イギリスの物理学者セシル・パウエルが宇宙線の中からパイ中間子を発見したことにより、湯川の理論の正しさが証明され、これにより1949年(昭和24年)、日本人として初めてノーベル賞を受賞した。
title: 大阪市立科学館
text: 科学館が所在する中之島4丁目にはかつて大阪大学理学部があり、後にノーベル賞を受賞する湯川秀樹が中間子論を構想した。日本ではじめて天体電波観測が行われた地ともいわれ、関連する資料の収集や研究を積極的に行われている。
title: トップクォーク
text: 1973年、小林誠と益川敏英によって、K中間子のCP対称性の破れを説明するために、第三世代の素粒子の存在が仮定された。1977年、フェルミ国立加速器研究所のE288実験によって、初めて第三世代に属するクォークであるボトムクォークが発見された。そこで、ボトムクォークと対になる同じ世代のクォークの存在が予測され、観測が期待された。そして、質量が非常に大きいため、存在が確実視されながらも観測できない状態が約20年が続いたのち、1994年に、トップクォークがフェルミ国立加速器研究所のCDF実験およびD0実験で発見された。この成果を受けて、小林誠と益川敏英は2008年にノーベル物理学賞を受賞した。
title: フランソワ・アングレール
text: 1964年、素粒子が質量を持つ仕組みを説明した理論を発表。同年、ピーター・ヒッグスが「ヒッグス粒子」の存在を予言する論文を発表した。2012年7月、欧州合同原子核研究機構(CERN)の研究チームがヒッグス粒子の存在を確定する論文を発表。ヒッグス粒子の存在が認められたことで、宇宙の仕組みの解明や生命の誕生に関する研究が進むと期待される。2013年10月8日、スウェーデン王立科学アカデミーはアングレールとヒッグスの両氏に2013年ノーベル物理学賞を授与すると発表した。
title: 湯川秀樹
text: 以上の理由で、湯川の、強い力を生み出す中間子論は素粒子論の扉を開いたと、当時評価された。湯川は、強い力の中間子論でノーベル賞をもらったが、これに驚き、自身のこれ以後の仕事を、場の量子論で自ら見出した問題の解決に力を注いだ。しかし、この研究は成功しなかった。
title: ヒッグス機構
text: ヒッグス機構(ヒッグスきこう、Higgs mechanism)とは、ピーター・ヒッグスが1964年に提唱した、ゲージ対称性の自発的破れと質量の生成に関する理論である。
title: ゲージ粒子
text: 湯川の示したように力の及ぶ範囲は粒子の質量による。しかし、ゲージ対称性からゲージ場は質量項を持つことができない。この問題は、ピーター・ヒッグスが南部陽一郎の自発的対称性の破れの考えを元にしたヒッグス機構によって、粒子が質量を獲得するメカニズムを解明し、力の場の記述としてのゲージ理論の基礎が確立した。
title: ミュー粒子
text: 発見当初はその質量が湯川秀樹によって提唱された核力を媒介する粒子である中間子と非常に近かったため、ミュー中間子と呼ばれていた。しかし、ミュー粒子は核力を媒介しないことが分かり、中間子の性質を持たないことが判明した。1942年、坂田昌一、谷川安孝および井上健は、中間子とミュー粒子は別種であり、中間子はミュー粒子より重く、中間子が自然崩壊してミュー粒子に変化するという二中間子説を提唱した。1947年、セシル・パウエルらによりパイ中間子が発見されたことで湯川の中間子説および二中間子説が正しいことが証明され、ミュー粒子は電子と類似した性質を持つレプトンの一種として分類された。この時に、核力による強い相互作用をしない素粒子としてレプトンという名称と概念が導入された。
title: ボトムクォーク
text: 第三世代の素粒子の存在は、1973年、小林誠と益川敏英によって、K中間子のCP対称性の破れを説明するために仮定された。1977年、レオン・レーダーマン率いるフェルミ国立加速器研究所のE288実験によって、初めて第三世代に属するクォークであるボトムクォークが発見された。このとき、ボトムクォークとその反粒子である反ボトムクォークからなるウプシロン中間子の形で発見された。この発見により、ボトムクォークと対になる同じ世代のクォークの存在が予測され、観測が期待された。質量が非常に大きいため、存在が確実視されながらも観測できない状態が約20年が続いたのち、1995年に、トップクォークがフェルミ国立加速器研究所のCDF実験およびD0実験で発見された。この成果を受けて、小林誠と益川敏英は2008年にノーベル物理学賞を受賞した。
title: パイ中間子
text: 当時大阪大学の講師であった湯川秀樹が、その存在を中間子論で予言した。ミュー粒子が1936年に初めて発見された当時、ミュー粒子はこの役割を担う粒子であるとされたが後に強い相互作用を行わないことが判明し、1947年に荷電パイ中間子、1950年に中性パイ中間子が発見され、これらが湯川秀樹の予言した粒子であることが明らかとなった。
title: 加倉一馬
text: 粒子発見の年表(りゅうしはっけんのねんぴょう)は、1897年のジョセフ・ジョン・トムソンによる電子発見から、現代にいたる標準理論に含まれる素粒子を中心とした粒子の発見の歴史をまとめたものである。したがって、この表には陽電子などの反粒子、現在では複合粒子とされているバリオンや中間子なども含まれている。
title: 湯川秀樹
text: ただし、電子が強い力を伝えるという考えをハイゼンベルクが、湯川以前に提示している。しかし、電子は以前から存在が知られ、理論としても失敗だったので、場を担う粒子という考えは、確立されていなかった。ハイゼンベルクやボーアは、観察されていない素粒子で場を説明する湯川に否定的であった。ボーアは湯川に、ハイゼンベルクは朝永にこのことを告げている。
title: 日本人のノーベル賞受賞者
text: 第二次世界大戦終戦後、未だ戦後占領期にあった1949年11月3日(文化の日)、日本人として初めて湯川秀樹が授賞した。広島原爆投下および長崎原爆投下からわずか4年余りしか経ってないにも関わらず、原子力爆弾の基本理論に近しい素粒子理論である「中間子理論」を授賞理由とした湯川は敗戦直後の日本国民に受け入れられ、国民に大いに自信を与えたという。
title: 日本人のノーベル賞受賞者
text: 1998年、スーパーカミオカンデでニュートリノ振動を確認し、ニュートリノの質量がゼロでないことを世界で初めて示した戸塚洋二も有力なノーベル賞候補と目されていたが、2008年に死去した。彼の後輩で教え子でもある梶田隆章が2015年に物理学賞を受賞した際には、もし戸塚が生きていれば共同受賞は確実だったと惜しまれた。
title: 霧箱
text: さらにアンダーソンは1935年、電子と陽子の中間の曲がり方をする飛跡を発見した。陽子の質量は電子の1800倍であるが、この粒子は電子の200倍の質量であった。この粒子は発見当初、湯川秀樹が予言した中間子であると考えられていたが、その後ミュー粒子(ミューオン)と判明した。
title: セス・ネッダーマイヤー
text: なおミュー粒子は発見当時、電子のほぼ200倍の質量を持つ粒子として報じられた。アンダーソンらが発見した粒子を新たな中間子(ミュー粒子)と裏付けた人物は日本の物理学者湯川秀樹やアメリカの物理学者ロバート・オッペンハイマー、スイスの物理学者エルンスト・シュテュッケルベルクによって確認された。
title: 弱い相互作用
text: 素粒子物理学の標準模型は、電磁相互作用と弱い相互作用を単一の電弱相互作用の2つの異なる面として説明する。この理論は1968年ごろにシェルドン・グラショー、アブドゥッサラーム、スティーヴン・ワインバーグにより発展され、3人は1979年にノーベル物理学賞を受賞した。ヒッグス機構は、3つの質量のあるゲージボソン(W, W, Z, 3つの弱い相互作用のキャリア)質量のない光子(γ, 電磁相互作用のキャリア)の存在を説明する。
title: 小川修三
text: 小川は丹生潔が1971年に宇宙線の中で発見・報告した「X粒子」が第4のクォークであると提唱したが、当時は広く認められるまでには至らなかった。 しかし、このことが後にノーベル物理学賞受賞となった「小林・益川理論」が生まれる契機となった。
title: 浜松ホトニクス
text: 2014年10月15日に前述の素粒子ニュートリノ観測し、小柴昌俊のノーベル物理学賞に貢献した大型の光電子増倍管がIEEEマイルストーンに認定された。
title: 丹生潔
text: しかしこのことが、小林誠や益川敏英に4つめのクォークの存在を確信させ、両者が小林・益川理論(クォーク6個の理論)を生み出す契機となった。小林誠は、ノーベル物理学賞の受賞記念演説において、丹生の業績を紹介している。
title: 光子
text: 湯川秀樹は、この電磁気力の媒介粒子としての光子のモデルを根拠に、原子の安定性をもたらす原子核を構成する力(核力)の媒介粒子として中間子と呼ばれる粒子が存在する、という理論を1935年(昭和10年)に提出した(中間子論)。これは現代の素粒子論の契機となった。
title: 重力波 (相対論)
text: 重力波の概念は、アルベルト・アインシュタイン自身が、一般相対性理論を発表した2年後に発表した。重力波の存在は間接的には示されていた(間接的な検出参照)が、直接の検出には100年を要した(直接的な検出参照)。なお、素粒子物理学の標準理論において重力相互作用を伝達する素粒子として重力子(英: graviton)が想定されているが、これは2020年現在未検出である。
title: 素粒子
text: 素粒子はそれが従う統計によって二種類に分類され、フェルミ統計に従う粒子をフェルミ粒子、ボース統計に従う粒子をボース粒子と呼ぶ。現時点で存在が知られているフェルミ粒子はクォークとレプトンとに分類される。一方、現時点で知られているボース素粒子には、素粒子間の相互作用を伝達するゲージ粒子と、素粒子に質量を与えるヒッグス機構に関連して現れるヒッグス粒子とがある。ゲージ粒子のうち、重力を媒介するとされる重力子(グラビトン)は未発見である。
title: ラザフォード散乱
text: ラザフォード散乱(ラザフォードさんらん、英: Rutherford scattering)とは、クーロン相互作用による荷電粒子間の弾性散乱(英語版)を言う。1911年、アーネスト・ラザフォードにより説明された物理現象であり、ボーア模型の先駆けとなったラザフォードの惑星型原子模型の発展につながった。現在では、ラザフォード後方散乱分光という元素組成分析手法に利用されている。ラザフォード散乱は、静電気力(クーロン力)のみに依存し、粒子間の最接近距離はクーロンポテンシャルのみにより決定されるため、初めはクーロン散乱と呼ばれた。古典的なアルファ粒子の金原子核によるラザフォード散乱においては、散乱された後の粒子の持つエネルギーと速度が散乱前と変わらないので、「弾性散乱」の例といえる。
title: 坂田昌一
text: 1948年、井上健、高木修二および原治と共に、電子の作る電場を量子化する際に電子の質量が無限大に発散するという量子電磁力学の問題を解決するため、凝集力場 (cohesive field) という新しい場によって質量の無限大を打ち消すという混合場理論(C中間子理論)を発表した。しかし、その後の検証により、質量の発散は打ち消すが真空偏極の発散は打ち消さないで残ることがわかった。これは、後に朝永振一郎が繰り込み理論を完成させたことによって解決をみた。
title: ベクトル粒子
text: WボソンとZボソンは、ヒッグス機構により質量を獲得しているゲージボソンであり、 ヒッグス粒子との相互作用が比較的強い。 2012年7月4日に欧州原子核研究機構(CERN)で行われているLHC実験によって発見されたスカラー粒子は、ヒッグス粒子である可能性が高いが、 ヒッグス粒子との相互作用が強いWボソンやZボソンは、ヒッグス粒子の生成過程において重要な役割を果たす。 この反応は以下のファインマンダイアグラムに示されている。
title: ジュリアン・シュウィンガー
text: ジュリアン・セイモア・シュウィンガー(Julian Seymour Schwinger, 1918年2月12日 - 1994年7月16日)は、アメリカ合衆国の理論物理学者。繰り込み理論によって量子電磁力学を完成させた功績で朝永振一郎、リチャード・P・ファインマンとともに1965年のノーベル物理学賞を受賞した。
title: 梶田隆章
text: 2015年の梶田のノーベル物理学賞の受賞理由となった「ニュートリノが質量をもつことを示すニュートリノ振動の発見」は、梶田の先輩であり師でもあった戸塚洋二を中心として行われた研究の賜物であり、梶田は戸塚の後継者としてノーベル物理学賞を受賞する形となったが、戸塚本人は2008年に癌で亡くなっており、もしも戸塚が生きていれば梶田との共同受賞は確実だったと惜しまれた。梶田自身もノーベル物理学賞受賞発表時の記者会見の場において、「戸塚氏が生きていたら共同受賞していたと思いますか」との質問に「はい、そう思います」と即答している。
title: 丹生潔
text: 1971年から名古屋大理学部教授を務め、原子核乾板の実験装置で得られた宇宙線の素粒子反応の中から、特異な様式で崩壊する新粒子を発見。同年の物理学会で、それを「X粒子」と名付けて報告した。この粒子は、広島大学の小川修三(後に名古屋大学)らによって、4つめのクォーク(当時の表現では「第4の粒子」)であると主張されたが、当時においては広く認められるまでには至らなかった。
title: クォークモデル
text: クォークモデルに至るまでには、いくつかの初期の段階がある。これまで素粒子と考えられていた中間子が複合粒子であるとする考えが、1949年にエンリコ・フェルミと楊振寧によって提唱された。このヤン・フェルミ模型 では、中間子は核子(陽子 p と中性子 n)と反核子(反陽子 p と反中性子 n)から構成された複合粒子であるとした。これは、ハドロンの複合模型の端緒となった。(ただし、坂田昌一は1940年、二中間子論により2粒子による中間子複合モデルを提出している。)
title: ピーター・ヒッグス
text: 2012年7月4日、CERNがヒッグス粒子ではないかと見られる物質を発見したことを発表するに至っている。CERNの発表の会場にはヒッグスも同席し「生きている間にヒッグス粒子が発見されたことは嬉しい」とコメントしている。
title: 対生成
text: 1930年、ポール・ディラックが2年前に発表したディラック方程式の解として予言し、1932年、カール・デイヴィッド・アンダーソンの電子対生成発見により立証された。その後加速器実験により、各中間子やミュー粒子、陽子についても観測されている。
title: クライド・カワン
text: クライド・カワン(Clyde Lorrain Cowan Jr、1919年12月6日-1974年5月24日)は、アメリカ合衆国の物理学者である。フレデリック・ライネスとともに1956年にニュートリノを発見したことで知られる。フレデリック・ライネスは、この業績により1995年にノーベル物理学賞を受賞した。
title: 物理学
text: 物理学の研究において最も重要なステップの一つは、物理法則を数式に表現する前の段階、観測された事実の中から記述すべき基本的な要素を抽出する行為である。電磁気学に貢献したマイケル・ファラデーが正規の教育を受けなかったため、数学的知識がなかったにもかかわらず、さまざまな発見を成し遂げたことや、ノーベル賞を受賞したリチャード・P・ファインマンが液体ヘリウムについて論じた論文やジョージ・ガモフが初めてビッグバン理論を提唱した論文には数式が出てこないことは、自然界の中に記述すべき対象を見つけ出す営みが物理学において重要なステップであるということを示している。
title: ラムシフト
text: この現象が最初に観測されたのは1947年のラム・ラザフォード実験で行われた水素原子のマイクロ波スペクトル計測である。この結果が契機となり繰り込み理論が生まれ、朝永振一郎、リチャード・P・ファインマン、ジュリアン・シュウィンガー、フリードマン・ダイソンらにより量子電磁力学の完成に至った。ラムはこの功績により1955年にノーベル物理学賞を受賞した。
title: 物質の状態
text: 1924年、アルベルト・アインシュタインとサティエンドラ・ボースは、しばしば「第五の状態」とも言われる、ボース=アインシュタイン凝縮の存在を予言した。前述のように、超流動状態のヘリウム4が例として挙げられる。
title: レイモンド・デイビス
text: レイモンド・デイビス・ジュニア(Raymond Davis Jr.、1914年10月14日 - 2006年5月31日)は、アメリカ合衆国の化学者、物理学者である。2002年小柴昌俊とともに「天体物理学への先駆的貢献、特に宇宙ニュートリノの検出」によりノーベル物理学賞を受賞した。ワシントンD.C.生まれ。
title: 原子核
text: 原子核の存在が理論的に提唱されたのは、1901年のジャン・ペランおよび1903年の長岡半太郎が最初である。これらの説はあまり注目されなかったが、アーネスト・ラザフォードが1911年に実験的に原子核の存在を確認し、注目を集めることとなった。
title: 繰り込み
text: これを解決したのが、1943年朝永振一郎が創った相対論的に共変な場の量子論、超多時間論である。くりこみは超多時間論を基礎にして確立される。遅れること数年、ジュリアン・シュウィンガーは朝永と類似の形式、リチャード・ファインマンは経路積分(1948年)を形成し、朝永・シュウィンガー・ファインマンはくりこみ理論を建設する(フリーマン・ダイソンは3者の同等性を証明)。くりこみは、相対論・場の量子論と並ぶ基本原理とされ、朝永・シュウィンガー・ファインマンの建設した量子論的電磁気学の基礎となる。量子電磁力学は、以後の素粒子論の典型として、理論形成の規範になり、量子色力学・ワインバーグ=サラム理論を導く糸になる。この業績で、朝永振一郎、ジュリアン・シュウィンガーおよびリチャード・ファインマンはノーベル物理学賞を受ける。
title: 八木秀次
text: 菊池正士の原子核物理研究を主任教授として予算的にも人的にも支援した。 講師として在職していた湯川秀樹がなかなか論文の発表が進まないところを叱咤激励し、それが後にノーベル物理学賞を受賞する中間子論に関する論文につながったといわれている。
title: ニュートリノ
text: ニュートリノ振動は1957年にブルーノ・ポンテコルボにより提唱された。この理論は、k中間子振動(英語版)から類推された。彼は、その後10年で真空の振動理論の現代的な数学による定式化に取り組んだ。1962年、坂田昌一・牧二郎・中川昌美がニュートリノが質量を持ち、ニュートリノが電子・ミュー・タウの型の間で変化するニュートリノ振動を予測した。
title: 加速器
text: α線の散乱実験などで業績のあったアーネスト・ラザフォードは、天然放射性物質から出るα線(エネルギー値 7.7MeV)を窒素原子核に当てることで窒素原子核が破壊されることを発見した(1919年)。これが最初の原子核の破壊実験であった。この発見から、荷電粒子(イオン、電子)に 7.7MeV 程度のエネルギーを持たせる電位をかけて加速し、対象となる原子核に当てる(原子核にエネルギーを与える)ことで人工的に原子核が破壊できるのではないかと考えられた。
title: 坂田昌一
text: 1942年、井上健と共に核力の起源となる中間子と当時宇宙線中に発見された中間子との違いを説明するために、二中間子論を提唱した。これは1948年にπ中間子が発見されたことにより証明された。
title: ノーベル賞を巡る論争
text: 1936年の物理学賞は、「陽電子の発見」に対してカール・デイヴィッド・アンダーソンに授与された。趙忠堯は、カリフォルニア工科大学の大学院生だった1930年に電子-陽電子対消滅(英語版)によって実験的に陽電子を初めて検出したが、当時それが何であるか分からなかった。趙の同級生だったアンダーソンは、趙と同じ放射線源Tlを使っていた(歴史的に、Tlは「トリウムC」の別名でも知られる。崩壊系列を参照)。50年後、アンダーソンは趙が彼の発見に影響を与え、趙の研究がアンダーソンの研究の基礎を形成したことを認めた。趙はノーベル賞を受賞できないまま1998年に亡くなった。
title: 湯川秀樹
text: 湯川は、電子の200倍の質量を持つ中間子を、力の媒介粒子(ボーズ粒子)と仮定して、核力である強い力を導くことに成功した。さらに、強い力からフェルミの弱い力を導いた。中間子論は、弱い力、強い力、両方を含む理論として、当時は最も基本的な場の理論であるとみなされた。また、力を粒子が媒介することをも明瞭に示し、場を生み出す粒子という考えを定着させた。
title: 超対称性
text: 2012年にヒッグス粒子が見つかって以来、実験物理学者らは超対称性粒子の本格的探索に乗り出した。 ヒッグス粒子の質量がおよそ125GeVだとすると、SUSYの破れはそのエネルギー領域で起こり超対称性粒子が現れてくるべきである。だが依然として超対称性粒子はひとつも発見されていない。SUSYへの懐疑論が徐々に素粒子物理学者の間で高まってきている。 LHCのLHCbやCMS実験で観測されたのはストレンジB中間子のミューオンへの崩壊であって、標準模型の正しさを確認するのみであり、SUSYへの大きな打撃となった。2014年7月にスペインのバレンシアで行われた高エネルギー物理学の国際会議で、LHCからのデータを解析したところ超対称性粒子の証拠はまったく見つからなかったことが報告された。
title: 深非弾性散乱
text: 深非弾性散乱(しんひだんせいさんらん 英: Deep inelastic scattering)はハドロン(特に陽子や中性子などのバリオン)の内部を電子やミュー粒子、ニュートリノにより調査するために用いられる過程である。その当時は純粋に数学的な現象であると考える者も多かった、クォークが実在することの最初の決定的証拠をもたらした。最初の試みは1960年代から1970年代にかけてであり、ラザフォード散乱を非常に高いエネルギーに拡張した過程と考えることができ、そのため核子の構成要素をより細かい分解能で調べることができる。深部非弾性散乱とも。
title: SN 1987A
text: 日本では陽子崩壊の観測のために建設されたカミオカンデがこのニュートリノを捉えており、精密な観測を行うことができた成果により建設を主導した東京大学名誉教授の小柴昌俊が2002年にノーベル物理学賞を受賞している。
title: 谷川安孝
text: 谷川 安孝(たにかわ やすたか、1916年(大正5年)3月12日 - 1987年(昭和62年)12月13日)は、兵庫県出身の理論物理学者である。 1939年に物理学者の坂田昌一と共に中性中間子が非常な短時間で2つあるいは3つのγ線になることを発表した。
title: 朝永–ラッティンジャー液体
text: 朝永–ラッティンジャー液体は1950年に朝永振一郎により最初に提案された。朝永は特定の拘束下では、電子間の2次の相互作用はボース粒子的な相互作用として取り扱うことができることを示した。後の1963年、ホアキン・マズダク・ラッティンジャー(英語版)はブロッホ音波の観点から理論を再構築し、二次の摂動をボース粒子として取り扱うための朝永が提案した拘束条件は必要ないことを示した。
title: スーパーカミオカンデ
text: 本実験施設と KEK-PS(陽子加速器)を用いたニュートリノ振動実験によって、ニュートリノに質量があることが世界で初めて確認された。この発見により2015年に梶田隆章がノーベル物理学賞を受賞した。今後は、J-PARC の大強度加速器を用いた同実験によって、ニュートリノの正確な性質について明らかになる。
title: 中性子
text: 中性子の発見は1920年のアーネスト・ラザフォードによる予想に始まり、その存在の実験的証明は1932年にケンブリッジ大学の物理学者ジェームズ・チャドウィックによってなされた。その実験とは、ベリリウムに高速のα粒子を当てる事で次の核反応
title: 高エネルギー天文学
text: なお、地上からは観測が難しいため、高地や宇宙からの観測等が行われている。もしくは、高エネルギー粒子と大気との相互作用を間接的に観測する方法もある。ちなみに、湯川秀樹博士が予測した、パイ中間子に関しても大気との相互作用から生じるチェレンコフ光を観測することによって、その予測の正当性が明らかになった。
title: 湯川秀樹
text: 1947年(昭和22年)にセシル・パウエル等が実際にπ中間子を発見したことで1949年(昭和24年)にノーベル物理学賞を受賞した。これはアジア人としては作家のタゴールや物理学者のチャンドラセカール・ラマンに次ぐ3人目の受賞者だったが、日本人として初めてのノーベル賞受賞だった。ニュースは敗戦・占領下で自信を失っていた日本国民に大きな力を与えた。2000年に湯川のノーベル賞選考関連文書を調査した岡本拓司は、推薦状の大半が外国の推薦者から出されていた点などを挙げ、「ノーベル賞の歴史の中でもまれなほど、研究成果との関係が明瞭であるように思われる」と述べている。
title: ヒッグス粒子
text: ヒッグス機構を含む理論模型が現実に即しているかどうかを判定する上で、その模型に対応するヒッグス粒子が存在するかどうかの実験的検証が鍵となる。ヒッグス粒子という言葉は、広い意味ではヒッグス機構において現れる粒子のことであるが、特に標準模型(ワインバーグ=サラム理論)のヒッグス粒子を指して使われる場合が多い。標準模型においては、ウィークボソン(W,Z)はヒッグス機構により質量を獲得しているとされており、クォークやレプトンもヒッグス場との相互作用を通して質量を得ているとされている。
title: 物理学の歴史
text: 一方、短命の仮想粒子の交換によって制御される相互作用を介した場の量子論の概念の発展で、基本粒子に関する新しい理論が大きく進展した。特に湯川秀樹は、原子核の正電荷は、陽子と電子の中間の質量を持つ粒子によって媒介される強いが作用距離の短い力によって維持されるという説を主張した。この粒子は「中間子」と呼ばれ、1930年から始まる中性子、陽電子、ミュー粒子等の一連の粒子の発見に続いて1947年に確認された。戦後も、霧箱、原子核乳剤、泡箱、同時計数回路等の様々な装置によって、様々な種類の粒子の発見が続いた。最初、これらの粒子は宇宙線が残すイオン化された痕跡から発見されたが、新しくより強力な加速器が次々に作られるようになった。
title: 日本人のノーベル賞受賞者
text: 1970年に大澤映二・北海道大学理学部化学第二学科助教授(当時)はフラーレン (fullerene C60) の存在を理論的に予言したものの、肝心の論文を日本語でのみ発表しており英文では発表していなかったため、1996年のノーベル賞を逃した。この顛末は当時の『ネイチャー』(第384号、96年12月26日発売)にも掲載された。
title: ファビオラ・ジャノッティ
text: ジャノッティがATLASのスポークスパーソンを務めていた期間に、ATLAS実験はヒッグス粒子の発見に関与した2つの実験のうちの1つとなった。2012年7月4日、ジャノッティはヒッグス粒子の発見を発表した。この発見までは、ヒッグス粒子は完全に素粒子物理学の標準模型における理論上の存在であった。ジャノッティのATLAS実験に対する深い理解とリーダーシップはこの発見の主要因であると認められた。
title: 伊大知良太郎
text: シカゴに生まれた。南メソジスト大学を卒業し、1955年シカゴ大学で学位を得た。ブルックヘブン国立研究所で働き、プリンストン大学の教授などを務めた。1964年ヴァル・フィッチと共に、K中間子が、0.1%ほどの確率でCP対称性を保存しない崩壊をおこすことを発見した。この破れは小林誠らによる小林・益川理論によって理論づけられた。
title: 坂田昌一
text: 1955年、中性子・陽子・ラムダ粒子が最も基本的な粒子とし他のハドロンはこの3つの素粒子とそれらの反粒子で組み立てられるというハドロンの複合模型(坂田模型)を発表した。これは、基本粒子をさらに一つ増やした名古屋模型(1960年)および新名古屋模型(1962年)へと改良が加えられ、一定の成功を収めた。その後、この発展形であるマレー・ゲルマンらのクォークモデルの登場により、これらの模型は否定されることになった。ちなみに坂田はクォークモデルを全面的に支持し、むしろ提唱者のゲルマン自身がクォークモデルを仮定の理論としたことに対して否定的であった。
title: ミュー粒子
text: ミュー粒子は、1936年にカール・アンダーソンとセス・ネッダーマイヤーによって宇宙線の中に観測された。粒子が霧箱の中で描く曲飛跡から、電子と同じ電荷だが電子より重い新粒子であると推定された。1937年には、日本の理化学研究所の仁科芳雄のグループ(仁科芳雄、竹内柾、一宮虎雄)およびストリート(J.C. Street)とスティヴンソン(E.C. Stevenson)らが独立に、ウィルソン霧箱実験によって新粒子の飛跡を捉えた 。論文投稿の順番は、ネッダーマイヤーとアンダーソンが1937年3月30日、理研組が8月28日、そしてストリートとスティヴンソンが10月6日である。翌年、仁科らは飛跡の曲率から、ミュー粒子の質量を電子の(180±20)倍という精度で決定した。これは現在知られているミュー粒子の質量と一致している。
title: FCズュートティロール
text: パウエルは、イングランドのケント、トンブリッジで生まれた。1927年までキャヴェンディッシュ研究所で学んだ。火山活動の調査隊に加わるなどした後、ブリストル大学の教授となった。1938年霧箱を使わないで直接、原子核乾板に素粒子の軌跡を記録する方法を改良した。この方法をつかって1947年にジュセッペ・オキャリーニ、H・ミュアヘッド、セザーレ・ラッテスらと、湯川秀樹が予測したパイ中間子を発見した。1949年王立協会フェロー選出。
title: 連鎖反応 (核分裂)
text: ただし、理研の仁科芳雄と東京帝国大学理学部化学科の木村健二郎等が、ウラン238に高速中性子を照射した実験において、今では核分裂連鎖反応を伴うことが知られている対称核分裂による生成物を生成したことが、『Fission Products of Uranium produced by Fast Neutrons(高速中性子によって生成された核分裂生成物)』と題して、同年7月6日付けの英国の学術雑誌ネイチャーに掲載された。
title: ベータ粒子
text: 1898年、アーネスト・ラザフォードが、天然ウランから2種類の放射線が出ていることを発見し、それぞれアルファ粒子、ベータ線と名付けた。ベータ線の正体である電子は1897年に、陽電子は1932年にそれぞれ発見された。
title: K中間子
text: K中間子(ケーちゅうかんし、英: Kaon、ケーオン)は、1947年にジョージ・ロチェスターとクリフォード・バトラーにより宇宙線の中から発見された中間子の一つ。霧箱の中でV字の飛跡を残す「奇妙な粒子」として発見された。1964年には中性K中間子の崩壊過程でCP対称性の破れが初めて観測され、この業績でジェイムズ・クローニンとヴァル・フィッチは1980年のノーベル物理学賞を受賞した。
title: アルファ・ベータ・ガンマ理論
text: アルファーとガモフによる論文では宇宙で大量に観測されるヘリウムだけではなく重い元素がビッグバンのときにつくられたとしているが、日本の物理学者・林忠四郎は1950年にビッグバンから最初の2秒間の間はヘリウムより重い元素が形成されないことを明らかにした。林によって誤りが訂正されてからはアルファ・ベータ・ガンマ・ハヤシ理論と呼ばれるようにもなった。
title: エルンスト・シュテュッケルベルク
text: 1935年、湯川秀樹よりも前に、核力をベクトル・ボゾンの交換力で説明する論文を書いたが、パウリに批判されて発表できなかったという話が残っている。
title: 湯川相互作用
text: 湯川相互作用(ゆかわそうごさよう、英語: Yukawa interaction)とは、素粒子物理学において、1つのボソンと2つのフェルミオンが関わる相互作用のことである。 4つのフェルミオンが関わるフェルミ相互作用を修正して湯川秀樹により導入された。
title: エットーレ・マヨラナ
text: 1932年にイレーヌ・ジョリオ=キュリーとフレデリック・ジョリオにより行われた実験により、彼らが示唆した未知の粒子の存在がガンマ線であることが示された。マヨラナは中性電荷を持ち陽子とほぼ同じ質量を持つ新たな粒子(中性子)が必要であるとこの実験を正しく解釈した最初の人物である。フェルミはマヨラナに論文を書くよう勧めたが、マヨラナは気に留めなかった。そののち同じ年にジェームズ・チャドウィックが実験により中性子の存在を証明し、これによりノーベル賞を受賞した。
title: 超対称性理論
text: 超対称性理論は現在のところ机上の計算から数学的に導き出される事象の域を出ていない。2013年に「発見」が報告され2018年7月にもATLASやCMSの実験によりボトムクオークへの崩壊が確認されたヒッグス粒子の質量は、およそ125GeV であり、SUSYの破れはそのエネルギー領域で起こり超対称性粒子が現れてくるべきである。だがこれまで超対称性粒子はひとつも発見されていない。信頼できる理論としては未成熟な状態が続いており、そのためSUSYへの懐疑論が徐々に素粒子物理学者の間で高まってきている。
title: 菊池正士
text: 1928年(昭和3年)に後に菊池像と呼ばれることとなる現象の電子線回折に関する実験に成功して世界的に認められ、1932年(昭和7年) 東京大学から理学博士号を授与される。題は「Zur Theorie des Comptoneffektes(コンプトン効果に就て)」。 大阪帝国大学理学部教授に就任してからはサイクロトロンの建設に尽力した。その後東京大学原子核研究所長、日本原子力学会会長、日本原子力研究所所長、東京理科大学長等を歴任した。
title: 量子力学
text: 1950年代にリチャード・ファインマン、フリーマン・ダイソン、ジュリアン・シュウィンガー、朝永振一郎らによって量子電磁力学が構築された。量子電磁力学(りょうしでんじりきがく、英: Quantum electrodynamics: QED)とは、電子を始めとする荷電粒子間の電磁相互作用を量子論的に記述する理論である。一方、量子力学と一般相対性理論を合わせた理論(量子重力理論)は、いまだ完成されていない。
title: 電子ニュートリノ
text: パウリは当初この粒子をニュートロン(neutron)と名づけた。しかしジェームズ・チャドウィックが1932年により重い核粒子を発見して中性子(neutron)と名付けると、2つの別の粒子が同じ名前で呼ばれることとなった。ベータ崩壊の理論を発展させたエンリコ・フェルミは1934年にニュートリノという新しい言葉を作り、この問題を解決した。この言葉はイタリア語でneutronと同じ意味である。
title: リチャード・P・ファインマン
text: 経路積分や、素粒子の反応を図示化したファインマン・ダイアグラムの発案でも知られる。1965年、量子電磁力学の発展に大きく寄与したことにより、ジュリアン・S・シュウィンガーや朝永振一郎とともにノーベル物理学賞を共同受賞した。
title: アーネスト・ラザフォード
text: マイケル・ファラデーと並び称される実験物理学の大家である。α線とβ線の発見、ラザフォード散乱による原子核の発見、原子核の人工変換などの業績により「原子物理学の父」と呼ばれる。
title: ニュートリノ
text: 従来弱い相互作用しかしないこともあって質量が観測できず、質量は0であるとするのが一般的であった。しかし、例えば光子には質量が0であるとする理論的根拠が存在するが、ニュートリノについてはそのような理論は無かった。そして、梶田隆章によりニュートリノ振動が観測されたことにより、実際にニュートリノには質量があることが分かった。
title: 丹生潔
text: 丹生 潔(にう きよし、1925年8月2日 - 2017年1月30日)は、日本の物理学者。名古屋大学名誉教授。専門は素粒子物理学。世界で最初の、第4のクォークである「チャームクォーク」の発見者。東京出身。従四位。
title: 京都産業大学
text: 京都大学助教授時代、荒木は留学先のドイツでアインシュタインから最先端の環境で相対性理論や量子力学などを学び、物理学、天文学の発展に貢献した。弟子に上野季夫、宮本正太郎、芝原鐐一、京都大学時代の教え子に湯川秀樹、朝永振一郎らノーベル賞受賞者を輩出するなど、世界的な宇宙物理学者でもある。開学式典でが湯川が祝辞を述べている。
title: 量子力学
text: 1905年にアルベルト・アインシュタインは、プランクの用いた量子化の概念を用いて、電磁波に粒子としての性質があること(光量子仮説)を発表した。1923年にアーサー・コンプトンが電子によるX線の散乱においてコンプトン効果を発見したことで有力な証拠を得た(詳細は光量子仮説の項を参照)。
title: ベータ崩壊
text: これに対して、ニールス・ボーアは1934年に、ベータ崩壊のような原子核の内部の現象は原子スペクトルなどとは違って、もっと程度の高い本質的に新しい物理学の範囲に属するから、必ずしもエネルギー保存則は厳密にも成り立たなくても良いという仮説を提出し、パウリの新粒子説に反対した(エネルギー非保存仮説)。しかしながら、その後このボーアのエネルギー非保存仮説は、実験及び理論の両面からその矛盾が指摘され、結局パウリの新粒子説が優勢となった。そのパウリの新粒子はニュートリノ(neutrino;中性微子)と名付けられ、ベータ崩壊の理論(弱い相互作用の理論)建設の端緒となった。
title: ダグラス・D・オシェロフ
text: ダグラス・ディーン・オシェロフ(Douglas Dean Osheroff, 1945年8月1日 - )はアメリカ合衆国の物理学者。ヘリウム3の超流動の発見により、共同研究者のデビッド・リー、ロバート・C・リチャードソンと共に1996年のノーベル物理学賞を受賞した。この発見は1971年になされ、オシェロフはコーネル大学の大学院生であった。
title: ヒッグス粒子
text: 素粒子の標準模型がヒッグス機構に拠って立つことを完全に立証する為には、ヒッグス粒子の探索が重要となる。ヒッグス粒子は標準模型の中で最後まで未発見のまま残された素粒子であり、実際に捕捉すべく長年に渡って実験が行われてきた。その発見は高エネルギー物理学の加速器実験の最重要目的の一つと位置づけられるようにもなり、ジュネーブ郊外に建設され、2008年より稼働した欧州原子核研究機構(CERN)の大型ハドロン衝突型加速器(以下LHC)での発見が期待されていた。その実験はたやすいものではなく、LHCを用いた衝突実験でも、理論計算によるとおよそ10兆回に1回しか生成されないとされている。つまり理論が正しい場合でも、それによって予測される粒子は、巨大・巨額の装置および大量の人員を長年に渡って用いる手法で実験を行っても、生成自体が大きな困難だとされている。
title: 場の量子論の歴史
text: 初期の場の理論は、ウラジミール・フォック、ヴォルフガング・パウリ、ヴェルナー・ハイゼンベルク、ハンス・ベーテ、朝永振一郎、ジュリアン・シュウィンガー、リチャード・ファインマンおよびフリーマン・ダイソンらの努力によって構築された。場の量子論の初期の発展段階は、1950年代に量子電磁力学の理論が完成したことによって最盛期を迎えた。
title: ジェームズ・チャドウィック
text: 中性子の発見により、1932年に王立協会からヒューズ・メダル、1935年にノーベル物理学賞、1950年にコプリ・メダル、1951年にフランクリン・メダルを受賞した。中性子の発見により遅い中性子を捕獲しその後ベータ崩壊することでウランよりも重い元素を生成することが可能になった。他の原子の原子核に存在する電気力により反発される正に帯電したアルファ粒子とは異なり、中性子はクーロン障壁を超える必要が無いため、ウランなどの重い元素でも原子核に入りこむことができる。これによりエンリコ・フェルミは原子核と低速中性子の衝突により起きる核反応を調査するようになり、この研究で1938年にノーベル賞を受賞した。
title: ラルフ・アルファー
text: ラルフ・アルファー(Ralph Asher Alpher、1921年2月3日 - 2007年8月12日)は、アメリカ合衆国の物理学者。ユニオン大学名誉教授。宇宙の誕生とその後の急速な膨張のなかで、ヘリウムなどが合成されるメカニズムに関する論文いわゆる「αβγ理論」で知られる。
title: ブライアン・ジョゼフソン
text: 物理学者らは自然の複雑さを単一の統一理論で表そうとし、中でも成功した理論が量子論で、いくつかのノーベル賞がその分野に与えられている。例えばポール・ディラックやヴェルナー・ハイゼンベルクが挙げられる。マックス・プランクは100年前に熱い物体からのエネルギー放射の量を正確に説明しようとして量子論の基礎を築き、そこからレーザーやトランジスタが生まれた。
title: アルファ・ベータ・ガンマ理論
text: アルファ・ベータ・ガンマ理論(アルファ・ベータ・ガンマりろん、Alpher-Bethe-Gamow paper、αβγ paper)は、当時博士課程の学生だったラルフ・アルファーとその指導教官ジョージ・ガモフによって提唱された理論である。この研究は、アルファーの博士学位論文のテーマであり、ビッグバンによって水素、ヘリウム、その他のより重い元素が、初期の宇宙の存在量に合致した割合で生成されたとする。当初の理論では、重元素の形成にとって重要ないくつかの過程が考慮されていなかったが、後に改良され、ビッグバン原子核合成は、全ての始原元素の観測上の制約と矛盾しないようになった。
title: 趙忠堯
text: 1936年のノーベル物理学賞は陽電子の発見に対してアンダーソンに授与された。アンダーソンが陽電子を発見したとき、趙と同じ放射線源Tlを使っていた(歴史的に、Tlは「トリウムC」の別名でも知られる。崩壊系列を参照)。50年後、アンダーソンは趙が彼の発見に影響を与え、趙の研究がアンダーソンの研究の基礎を形成したことを認めた。趙はノーベル賞を受賞できないまま1998年に亡くなった。
title: 福本莉子
text: 1973年にプリンストン大学で, デイビッド・グロスとともに漸近的自由性を発見した。素粒子物理学における漸近的自由性とは、素粒子間の「強い相互作用」は、近距離ないし高エネルギー下では相互作用が弱くなるという性質で、陽子や中性子の構成要素とされるクォークが単独で観測できないことなどを説明する量子色力学の理論である。H・デイヴィッド・ポリツァーの論文とウィルチェックらの論文がPhysical Review Lettersの同じ号に掲載され、公式には、3人が同時に漸近自由性を発見したことになった。
title: 中性子ハロー
text: 1988年 - 小林俊雄はBEVALACにおいて、生成されたLiを標的に当てて2つの中性子を弾き出す実験を試み、出てきたLiのビームに垂直な方向の運動量を計測し、その運動量の分布が狭いことを確認した。これは核において弾き出された中性子の持っていた運動量が極めて小さいことを意味し、不確定性原理によりそれらの半径が大きく広がっているということを確定させた。
title: アルベルト・アインシュタイン
text: 1925年、インドの物理学者サティエンドラ・ボースからの手紙をきっかけとして、ボース=アインシュタイン凝縮の存在を予言する論文を発表。また、この時期に行っていた誘導放出の研究が、のちのレーザーの開発につながることになった。
title: 長岡半太郎
text: 長岡は1939年(昭和14年)、スウェーデンのノーベル委員会に湯川秀樹への授賞を推薦している。この推薦は第二次世界大戦を挟んだ10年後の1949年(昭和24年)に実り、湯川は中間子理論が認められて日本人初のノーベル賞(物理学賞)を受賞した。
title: ブルーノ・ポンテコルボ
text: この予測は「ニュートリノが質量を持つことを示すニュートリノ振動の発見に対して」梶田隆章とアーサー・B・マクドナルドに授与された2015年のノーベル物理学賞によって認められた。ポンテコルボは超新星が激しいニュートリノバーストを生み出すことも1958年に予測していた。少数の科学者はSN 1987Aがニュートリノ検出器で検出されたときより興奮した。
title: 霧箱
text: 1932年、カール・デイヴィッド・アンダーソンは、磁場中で霧箱の観測をしていると、電子と同じ質量で反対の向きに曲がる飛跡を発見した。これはポール・ディラックが予言していた陽電子を立証するものであった。この発見がきっかけでディラックは翌1933年にノーベル賞を受賞し、アンダーソンも1936年にノーベル賞を受賞した。
title: 場の量子論
text: ハイゼンベルクおよびパウリらが作った原型は相対論を満たすが、相対論的共変形式を満たさなかった。1943年、朝永振一郎が超多時間理論でこれを解決する。これは1932年にポール・ディラックが提唱した多時間理論(相互作用をしている電子一つ一つに独立な時間を与える)の電子の生成・消滅を含まないという欠点を改めたものである。また、リチャード・ファインマンも経路積分を完成し、またジュリアン・シュウィンガーもこの問題を独立に解決する。