どこまで巨大化するの?

涼しくなってまいりました。

前回の更新から2ヶ月程たち、ひと夏を越したことになりますが、今夏は背中にセミが止まったのに気づかずに歩き続け、屋内のエレベータで指摘されるなど、そこそこ面白いエピソードもありました。

背中から甘い汁でも出ているのではないかと心配しつつ、本題です。

今日は、国際リニアコライダーについて思うところを。

ホームページhttp://aaa-sentan.org/ILC/によれば、
「ILC(国際リニアコライダー; International Linear Collider)計画は、全長約30kmの直線状の加速器をつくり、現在達成しうる最高エネルギーで電子と陽電子の衝突実験を行う計画です。宇宙初期に迫る高エネルギーの反応を作り出すことによって、宇宙創成の謎、時間と空間の謎、質量の謎に迫ります。」
とのことです。
この国際リニアコライダー、あまりにも規模が大きく費用もかさむため、世界各国がお金を出し合って作ろうとしているようです。つい最近、東北の北上山地が国内候補地として選ばれました。ただし、日本学術会議は、誘致を決めるには時期尚早であると判断したところです。
 何しろ、総工費が8,000億円を超え、誘致する国はその半分を支出するそうです。これまで基礎科学にお金をだすことには非常に厳しかった日本がかなりやる気なのですから、その変貌ぶりには驚いてしまいます(もっとも、基礎科学全般で言えば今でも厳しいと思いますが)。
 科学的な詳しいことは、リンク先を見るべきだと思いますが、電子と陽電子の衝突というのが非常に重要で、陽子同士を衝突させるスイスCERNのLHCという現在最高峰の加速器との違いのようです。素粒子が無数に組み合わさっている陽子に比べて、電子・陽電子は素粒子そのものなので、素粒子反応をより直接的に観測できるというのが、肝のようです。
 夢は膨らむものの、目的があまりにも基礎物理すぎて、その価値を理解するのが難しいでしょう。しかも、日本に誘致されたら4,000億円以上を出すことになるのだから、「本当にそれほどの価値があるのか」と考えるのは、ごく自然ではないかと思います。実際私も、「さすがに総額8,000億円はでかすぎるのでは」と思ってしまいます。リンク先の「もしも日本にILCができたら」には、そんな私にけしからんとでも言うかのように、「知の拠点」や「人材の育成」や「ものづくり大国再生」のみならず、「国民の誇り」や「安全保障」に至るまで、国際リニアコライダーの意義がこれでもかと語られております。
 以下、この分野の素人の私なりに、懸念というか、「?」なことを書いてみます。

(1) 際限がなさそう
国際リニアコライダーが成功しても、「宇宙創世の謎などが完璧に分かり、もうこれ以上の実験装置は必要ない」となるとは思えない。謎が謎を呼び、「もっとでかい加速器が必要だ」となる気がする。しかし、さすがに国際リニアコライダーを超えるものを作るのは、現実的に不可能ではなかろうか。巨大化路線もいつかは尽きるわけだから、もっと安く小規模に実験を行うための開発とか、既にある実験施設を使ってより深い物理を探求する方法を考えるとか、そういう方向に研究開発を進めていく必要があると思う。(すでに行っていることだとは思うけど)

(2) 地元の期待はおそらくお金
純粋に科学の進歩に貢献したいというのもあると思うが、これほど大きなものを作って海外からも研究者が集うとなったら、やはり地元の人が期待しているのは、経済効果とか、地域の発展とか、雇用とかだと思います。その期待自体は、別におかしなことでもないし、むしろ有効に利用するべきだと思います。しかし、産業そのものではないから、あまりに期待が大きすぎるとおかしなことが起こるかもしれません。例えば、短期的に滞在する外国人の宿泊用に研究所内にゲストハウスを作ろうとしたら、民業圧迫だと阻止される。研究所内の清掃が頻繁に行われたり、過剰に食堂の作業員や警備員が配置されるなど、肝心な研究費や研究員の採用よりも地元の雇用が最優先される。などなど。こうなってくると、日本人の研究者なら「仕方ねえか」と納得してくれるかもしれないが、海外の研究者が納得してくれるかは疑問。もっとも、こんな細かい話ですめば良いのかもしれないが。


結局、くだらない内容になってしまいましたが、
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重力を突き詰める

気づいたらこのブログ、1万アクセスを超えておりました。

皆様のご愛顧のおかげです。ありがとうございます。

私の気がたるんでいるので最近更新頻度が減っておりますが、こんな地味なブログにアクセスしていただける方々のためにも、もう少し頻度をあげようと思うので、今後もご愛顧お願いします。

今日は、パリティ, Vol. 27 No. 01, pp.45-47の「エントロピーから重力が現れる?」に書いてあることを参考にしてつらつらと。

重力は古典論では一般相対論として完成しているけれども、それを量子力学的に理解できていないとのことで、ここを解決するのが理論物理学の一大テーマなのだそうです。そして、重力の理論として一般相対性理論に出てくるアインシュタイン方程式は状態方程式のようなものであり、それ自身を量子力学的に考えてはいけないのではないか、という提案が最近なされたそうです。

あくまで私の解釈なのですが、これはどういうことかというと、例えば気体の状態方程式PV=nRTでいえば、圧力(P)と体積(V)と原子・分子数(n)と温度(T)との関係が、気体定数Rを用いた一本の式で与えられます。これはきれいに現象を表すけれども、これだけでは気体の原子分子が容器の壁にぶつかって圧力がかかるとか、温度が高いということが原子分子の運動エネルギーの平均が大きいことを表しているとか、そういう、「微視的には実際何が起きているの?」っていう部分が見えてきません。そういう式を一生懸命眺めて量子力学を考えたって何もでてこないでしょう。アインシュタイン方程式はそういうものなんじゃないか、ということだと思います。

じゃあどう考えるのかというと、エントロピーというものを考えるのだそうです。「ある物体が取れる状態が全て同等に実現するとすれば、同じ状態に対応する場合が多いほどその状態が実現しやすい」から、その実現しやすい状態になろうとするときに重力がはたらく、ということだと思います。この辺に来ると、私にはついていけないので、この話はこのくらいにしておきます(すみません)。

いかにも物理学らしい、本質を探るような研究ですなあ。翻って私は、最近では1 cm位のサイズのミラーをピクリとも動かないように固定するにはネジ止めと接着剤のどちらが良いか、なんてことを考えたりやってみたりしていて、かなりのギャップを感じてしまいます。まあ、これはこれで実は結構面白いんですけどね。そんな私がたまに、議論が済んだはずの理論を蒸し返して、割と本質的な所を指摘するような論文を投稿すると、掲載拒否されるわけです。重力理論なんかに比べたら大した話ではないですけど。まあ、ネジにしろ本質的なことにしろ、それなりに楽しんでいるわけだから、いい仕事に就いているのでしょう。

なんだか分からない話になってしまいましたが
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プーさんの科学

先日のクラブワールドカップ、バルセロナ強かったですね。

ちなみに私、数カ月前にロンドンにいたときに、なぜかブラジル対スコットランドがロンドンで行われて、ネイマールとダニエウ・アウベスを生でみました。アーセナルにいたセスク・ファブレガスも生で見ました。

スコットランドのディフェンダーはネイマールに翻弄されてましたけど、さすがにバルサは別格ですかね。

と書いてみたものの、妻に「誰々を見たことがある」という話ほど面白く無い話はない、と一蹴されたところで、本題です。


今日は、一般のニュースでも流れている「ヒッグス粒子発見か?」といった話について。

とはいえ、素粒子の話は専門外な上に難しいので専門的なことは何も書きようがないのですが。

とりあえず、asahi.comのサイト
http://www.asahi.com/science/update/1213/TKY201112130615.html
以下、引用します。

*************************
ヒッグス粒子「存在の兆候つかむ」 欧州研究機関が発表

欧州合同原子核研究機関(CERN)は13日、万物の質量の起源となったとされる「ヒッグス粒子」の探索結果を発表した。素粒子物理で「発見」と断定できる信頼度ではないが、「存在の兆候」をつかんだ。
 2チームが別々に観測した。いずれも水素原子130個ほどの質量の領域で形跡をつかみ、「発見」に近づく結果が得られた。素粒子物理の基準では存在する確率が99.9999%以上で「発見」と認定する。ATLASチームは98.9%、CMSチームは97.1%となり、データを増やせば「発見」となる可能性が高まった。
 ヒッグス粒子探索は、2008年から観測を開始したCERNの巨大粒子加速器LHCの第一目標。陽子と陽子を衝突させてヒッグス粒子ができるのは、1兆回に1回ほど。できてもすぐになくなるため、衝突で出る光や粒子を観測して、ヒッグス粒子の痕跡を探している。
**************************

ヒッグス粒子についてはhttp://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/~asai/lhc2/Main_atlas.htmlで、ざっくりと解説してくれています。と、これで終わるのはあまりに忍びないので、内容と関係のない方向へ展開することにします。

2チームが97%以上の確率で正しいと言っています。じゃあ、間違いなかろうと思うし、認定基準の99.9999%以上というのはあまりに厳しすぎるようにも思います。こんな厳しい認定基準を満たすために実験データを増やさなければいけないから、発見できそうでできていない期間が長く続くという一般の感覚からすると何だかよく分からないことになるのでしょう。普通、発見と言ったら、瞬間的に見つかるようなことを思い浮かべますもんね。

ちなみに、どれだけデータを増やしても100%にはなりません。最近「クマのプーさんの哲学 (著:ジョン・T・ウィリアムズ、訳:小田島雄志、小田島則子)」という本を読んだのですが(クマ系の私としては読まないわけにはいきませんでした)、その中に、「科学と非科学の違いは何だ?」という話がありました。そして、ポパーという哲学者いわく、「反証可能であれば科学」なのだそうです。例えば、ある天文学者がある時刻のある位置に彗星が現れると予測したのに現れなかったとしたら、その予測は反証可能ということになります。したがって、これは科学的な発言と言えるのだそうです。

ということは、間違っている確率が僅かにでも残っていることこそが、科学的ということになるのでしょうか?難しいものです。

話は変わりますが、この本はかなり強引に哲学に結びつけているきらいもありますが、クマのプーさんはただの童話ではないとは私も以前から思っていました。ディズニーのプーさんしか知らない方は、原作のプーさんを読んでみることをお勧めします。

なんの話だか分からなくなってきましたが、
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スピード違反

この間の台風の日に早く帰ってきて、NHK茨城のニュースを見ていました。
さすがに台風一色のニュースだったのですが、番組の最後の最後に、

「大相撲秋場所は・・・」

しかも、横綱ではなく、茨城出身の力士のみを。

この日台風の次に重要だったのは、茨城出身の力士が勝ったか負けたかだったのか・・・

かつて相撲好きだった私ですら仰天しつつ、本題です。


今日は、弁当屋で待っていた時に目に留まった新聞の一面に載っていたこの記事から。
http://www.cnn.co.jp/fringe/30004076.html
以下、少し長いですが、引用します。

******************
「光速超えた」ニュートリノ計測、相対性理論覆す可能性も

(CNN) スイスにある欧州合同原子核研究機関(CERN)は23日、素粒子ニュートリノが光より速く飛んだとする「Opera実験」の結果を発表した。これが事実なら、光より速いものはないとするアインシュタインの相対性理論を覆す発見で、現代物理学の根底を揺るがす可能性がある。

実験に携わる研究者グループによると、実験は1万5000個以上のニュートリノを使い、730キロ離れたCERNとイタリアのグランサッソ研究所の間の地中で粒子加速器を用いて実施。ニュートリノが飛んだ距離と時間などを10億分の1秒単位まで厳密に計算した結果、光より速かったことが判明したという。

Opera実験の報道担当者は、発見に驚き、衝撃を受けたと指摘しながらも、あらゆる体系的な疑問点などを全面的かつ長期に調べた結果、光より速く飛んだと受け止める以外、説明出来ない結論に達したと述べた。

実験に従事する研究者は150人前後。今後も研究を続けるが、世界の科学界に今回の実験結果を公開し、その正しさを肯定もしくは否定するかもしれない新たなアイデアや実験方法を募りたいとしている。CERNの責任者は、信じられないような科学的な発見をした場合は独立した審査が必要とし、実験結果の全面公開に踏み切った今回の措置を評価している。

英オックスフォード大学のハーニュー素粒子物理学教授は、今回の実験結果について測定の正しさが証明されれば、極めて驚くべき発見と指摘。その上で、ニュートリノの実験は極めて難しく、第3者が今回の成果の正当性を証明するのは困難かもしれないとも説明した。

Operaのような実験が出来る世界の加速器施設にはこのほか、各国が参加してT2Kプロジェクトを進めている日本のJーParcや米イリノイ州にあるフェルミ研究所がある。

ニュートリノには3種類あり、別の種類に変化する現象も解明されている。

****************

たしかにびっくり。相対性理論の根底を覆すわけだから。結果の真偽に関してはやはり相当に慎重ですねえ。

これはほかの実験をやっていて偶然見つかっちゃったんでしょうか?狙って実験しないことには見つかりっこない気もしますが。ニュートリノだと光速を超えそうな期待がどこかにあったのでしょうか。

10億分の1秒単位で厳密に計算した(測ったということか?)とのことですが、この部分はその気になって実験系を洗練させればもっと精度が上がってくるんじゃないかと思います。ほかの研究機関で追試は困難かも、と書いてありますが、あまりにインパクトが強いのでどこかがやるかもしれません。もっとも、研究者にとっては追試はあまり手柄にならない(論文にならない)だけにやりたくないという本音もあるでしょうが。特に、150人もの研究者が関与する大規模実験な訳だから。今回に限って追試の論文発表が許されるということもあるのでしょうか。

この実験に間違いがなかったとして、次にどんな実験をやるのかも見物です。物理の基本的な原理や法則というのは、「光よりも速いものはない(ただし、ニュートリノは除く)」とするわけにはいきません。おそらく、さまざまな条件を変えてあげて、ニュートリノの速度がどうなるのかを精密に測定するのでしょう。それにヒントを得た超優秀な人が、すべてを説明する理論を考え出すのでしょう。もちろん、今まで相対性理論が説明してきたさまざまな現象に対しても新理論が通用しなければならないわけだから大変です。相対性理論を破る現象を説明する理論は、相対性理論を深く理解している人にしか生み出せないのだと思います。

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地震のさなかに

サッカーのバラック選手がドイツ代表を引退するそうです。
http://dailynews.yahoo.co.jp/fc/sports/bundesliga/?1308228191
自分で身を引いたのではなく、監督にいらないと言われた形です。もう34歳だし、ある程度仕方ないかもしれないけど、代表でももう少し見たかったなあ。

日本に来ないかなあ。このところJリーグに大物外国人が少ないし、ミュンヘンで買ったバラックのユニフォーム来て見に行くんだけどなあ。

まったくオチのない願望を書いてしまいましたが、本題です。


今日は以下のニュースから。引用します。
http://mainichi.jp/select/science/news/20110615dde001040070000c.html

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ニュートリノ:高エネ研、変化検出 世界初「電子型」兆候

素粒子の一つ「ニュートリノ」に質量がある証しとなる3種類の「ニュートリノ振動」の一つで、唯一見つかっていない振動の兆候を、高エネルギー加速器研究機構(茨城県)などの国際チームが世界で初めてとらえた。15日、発表した。宇宙が現在の姿に進化した仕組みの解明に役立つ成果という。
 ニュートリノには電子型、ミュー型、タウ型の3種類あり、それぞれが「振動」という現象で別の型に変わる。ミュー型-電子型間の変化が見つかっていない。
 国際チームは、大強度陽子加速器施設「J-PARC」(茨城県)で、10年1月から東日本大震災で装置が停止する今年3月までの間、大量のミュー型のニュートリノをつくり、295キロ離れた東京大の観測装置「スーパーカミオカンデ」(岐阜県)で電子型の有無を調べた。
 スーパーカミオカンデは旧神岡鉱山にある水槽(直径、高さ各40メートル)で、ニュートリノが水中を走って生じる「チェレンコフ光」を検出する。電子型はミュー型と比べ飛行軌道が乱れ、光が散乱するので特定できる。
 その結果、スーパーカミオカンデでニュートリノ88個が検出され、このうち6個が電子型であることが分かった。データを統計的に処理するとミュー型が電子型になった確率は99・3%となった。
 ビッグバンという大爆発で宇宙が誕生した際、地球や私たちの体などを構成する物質と、物質と反対の電気を帯びた「反物質」が同量あったが、時間の経過とともに反物質が消滅し、現在にいたった。消滅の理由は、08年にノーベル賞を受賞した益川敏英、小林誠両博士の理論で説明されたが、すべては説明できなかった。物質と反物質の差を知るには、波が重なりあって起きる「干渉」を調べると解明できる可能性が指摘され、各国の研究機関がニュートリノ振動を発見しようと激しく競争している。
 素粒子物理学で確定と結論づけるには99・9%以上の確率が必要。同機構の小林隆教授は「今年末にJ-PARCを再稼働させ、その1年後には目標を達成できるのではないか」と話す。
******************************

あの地震のさなかにこんな実験が行われていたんですねえ。この意義を熱弁できるほど詳しいことはわかりませんが、なぜこの世に物質が存在するかなど、本当に根源的な部分に関わる成果なのでしょう。いかにもすごそうな話です。

茨城から岐阜までニュートリノを飛ばして検出するわけですから、壮大な実験です。平常時でもトラブルはつきものでしょうから、震災をうけた後に復活させるのは大変でしょうけど、今年末には再稼働の予定なんですね。応援したいものです。

ミュー型が電子型になった確率は今のところ99.3%で、99.9%まで行けば「確定」だそうです。あとほんのちょっとのようですが、復活から1年ぐらいかかるのではと書いてある通り意外と先は長いかもしれません。この実験の事情はよく知りませんが、そんなもんだと思います。確率を上げるというのは結局のところ測定の精度を上げるということなのでしょう。一般的には測定回数の平方根に比例して精度が上がっていきますから、1回の測定の精度に比べて精度を10倍にしたければ測定回数は100回、20倍にするには400回、30倍にするには900回…100倍にしたければ10000回となります。すなわち、測定回数が多くなっていくと、精度が上がりづらくなってくるわけです。

ちなみに、なんで100%じゃないの?と思う方がいるかも知れませんが、「100%正しい」というのは科学的にありえないはずです。測定というのは、必ずばらつきを持つものです。「100%」とか「0%」という数字が出てきたら、非科学的だと思ってもよいと思います。

ニュートリノで話を膨らませられなくて申し訳ないですが、
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プロフィール

バラッくま

Author:バラッくま
色々あったのち東京深川在住の科学技術系の研究者。
クマに似ている。最近はカピバラにも似ている。
専門: 量子エレクトロニクスなど。
休みのときは、(有休を取ってまでして)落語、スキューバダイビング、スポーツ観戦(相撲など。両国が近いのでうれしい。)、音楽鑑賞などを少しずつ。

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