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Jim Baggott は『Higgs: The Invention and Discovery of ‘God Particle’ 』の著者でフリーの科学ライターである。 レディング大学で化学の講師を務めた後、ビジネスの道に進み、シェル国際石油会社で働いた後、独立したビジネスコンサルタントやトレーナーとして活躍しています。 主な著書に『Atomic: The First War of Physics (Icon, 2009), Beyond Measure: Modern Physics, Philosophy and the Meaning of Quantum Theory (OUP, 2003), A Beginner’s Guide to Reality (Penguin, 2005), A Quantum Story.など多数。 A History in 40 Moments (OUP, 2010)がある。

新刊発売を記念した彼のブログ記事集は、OUPblogで読むことができます。

2012年7月4日、ジュネーブにあるCERNの大型ハドロン衝突型加速器(LHC)の科学者は、「神の粒子」としても知られる、長年待ち望まれていたヒッグス粒子と一致すると考えられる新しい素粒子を発見したことを発表しました。

では、ヒッグス粒子とは何か、なぜ「神の粒子」と呼ばれるのでしょうか。

私たちは、物理的な宇宙が、電子やクォークなどの素粒子と、それらの間の力を伝達する粒子(光子など)から構成されていることを知っています。 物質粒子は物理的特性を持ち、私たちはフェルミオンとして分類しています。 量子場の理論では、これらの粒子は、空間中に広がる目に見えないエネルギー「場」として表現されます。 子供の頃に磁石で遊んだ経験を思い浮かべてください。 2つの棒磁石の北極を押し合うと、磁石の間の抵抗が強くなるのを感じます。 これは、目に見えない、しかし実在する2つの磁場が相互作用した結果です。

そして、物質と力の粒子は、これらの異なる種類の場の基本的な乱れとして解釈される。 これらの乱れは場の「量子」であると言う。 電子は電子場の量子である。

1960年代半ば、場の量子論は理論家の間で比較的不人気だった。 これらの理論は、力の担い手はすべて質量のない粒子であるべきだと示唆しているように思えたからである。 これはほとんど意味がありませんでした。 電磁気力の担い手である光子は質量がないのだから、このような結論でよいのです。 しかし、ある種の放射能の原因である弱い核力の担い手は、大きな質量の粒子でなければならないと考えられていたのです。 1964年、4つの論文が発表され、解決策が提案されました。 これらの論文では、もし宇宙が別の種類のエネルギー場によって支配されているとしたらどうだろう、それは指し示す(空間に方向を与える)けれども、押したり引いたりしないエネルギー場なのだろうか? ある種の力の粒子は、この場と相互作用して質量を増すかもしれない。

英国の理論家ピーター・ヒッグスによるこの論文の脚注には、このような場には、場の量子という基本的な乱れがあることが予想される、と書かれていました。 1967年、スティーブン・ワインバーグ(後にアブダス・サラム)は、このメカニズムを用いて、電磁力と弱い核力を組み合わせた理論を考案しました。 ワインバーグは、弱い核力の担い手であるWボソンとZボソンの質量を予測することができた。 これらの粒子は約16年後にCERNで発見され、質量はワインバーグの最初の予測に非常に近いものでした。

1972年頃には、ほとんどの物理学者が新しい場をヒッグス場と呼び、その場の量子はヒッグス粒子と呼ばれるようになりました。 ヒッグス機構」は、後に素粒子物理学の標準モデルとして知られるようになるものの重要な要素となった。

ヒッグス場は、質量がない力粒子がいかにして質量を獲得するかを説明するために発明されたが、すぐに非常に似たものが物質粒子の質量にも関係していることが明らかとなった。

ヒッグス場が質量のないボゾン場と相互作用する方法と質量のないフェルミオン場と相互作用する方法は同じではありません(後者は日本の物理学者湯川秀樹にちなんで湯川相互作用と呼ばれています)。 しかしながら、ヒッグス場が基本的に重要な役割を担っていることは明らかです。 ヒッグス場がなければ、物質も力粒子も質量を持ちません。 質量は構築されず、私たちの目に見える宇宙には何も存在しない。 1993 年に出版された、アメリカの物理学者レオン・レーダーマン (ディック・テレシと共著) は、このタイトルを選んだ理由を次のように説明しています:

このボゾンは、今日の物理学の状況にとって非常に中心的で、物質の構造についての最終理解にとって非常に重要ですが、あまりにも捉えどころがないので、私はこれに「神の粒子」というニックネームを付けました。 なぜ神の粒子なのか? 理由は2つあります。 1つは、出版社がこの粒子を「ゴッドタン粒子」とは呼ばせないということです。この粒子の悪者としての性質と、それが引き起こす犠牲を考えると、この方が適切なタイトルかもしれません。 そして2つ目は、別の本、もっと古い本と、ある種のつながりがあることです。

リーダーマンは、創世記の一節を引用して、この愛称は、人気の科学ライターやジャーナリストによって広く使用され続けています。 これは、定着している名前です。 ほとんどの物理学者は、ヒッグス粒子の重要性を誇張していると考え、これを嫌っているようです(鍵を握っているのはヒッグス場です)。 ピーター・ヒッグス氏は、『My Life as a Boson』という個人的な回想録の中で、長い間探し求めていた粒子がどのようにして自分の名前を付けられるようになったかを説明し、その状態を「物理学が最も求めていた粒子」と定義しています

「神」でも「最も求めた」粒子でも、物理学者にとってどうしても見つけたい存在であることは間違いありません。 問題は、ピーター・ヒッグス氏の研究が、別の形で、おそらくノーベル賞で認められるかどうかということです。