特集 2017年6月30日

素粒子物理学をうまいことたとえる

これを分かりやすく説明しよう
これを分かりやすく説明しよう
ライターの力はたとえ話で決まる。

そう思っている。難しい話を身近なできごとに置き換えて分かりやすく伝える。
ものごとの構造を見抜く力と幅広い知識、それをつなぐ飛躍が必要になる。
我々もたとえ話のスキルを磨いていかなければならない。

そこで、まずはライターにわかりにくい話に触れてもらい、それを分かりやすくたとえるという力試し企画を行った。
1971年東京生まれ。デイリーポータルZウェブマスター。主にインターネットと新宿区で活動。
編著書は「死ぬかと思った」(アスペクト)など。イカの沖漬けが世界一うまい食べものだと思ってる。(動画インタビュー)

前の記事:醤油を入れて炊いた「さくらごはん」のうまさ

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たとえる話はこれ

加速器
加速器
測定器
測定器
ここはつくばにある高エネルギー加速器研究機構(KEK)。素粒子物理学の実験をしているところである。今回の企画は素粒子物理学を分かりやすくたとえるという企画なのだ。

ギャ!素粒子物理学!と思ったひとも大丈夫。きっとデイリーポータルZのライターがうまいことたとえてくれるはずだ。

そんな楽観主義に導かれて物理の総本山みたいなところに来てしまった。
うっかり来たデイリーポータルZ関係者、右手前はKEK広報の大津珠子さん
うっかり来たデイリーポータルZ関係者、右手前はKEK広報の大津珠子さん
今回の流れは以下の通りである。

1. KEKを見学させてもらいつつ説明を聞く
2. 聞いた話をたとえ話にして披露
3. 「そのたとえ話は思いつかなかった!」と褒められる(予定)

ではまずは見学である。最初の見学場所に移動する車に乗ろうとしたところでライター西村さんが声を上げた。
「あ、これは!」声を上げるライター西村さん
「あ、これは!」声を上げるライター西村さん
「珍しいアリが列をなしています」。そしてアリについていこうとしていた
「珍しいアリが列をなしています」。そしてアリについていこうとしていた
こういう純粋な好奇心が褒められるのは未就学児までである。
このときに感じた「あ、この企画やばいかな」という小さな不安はこのあとどんどん大きくなることになる。

一周3キロのパイプで加速させている

今回見学する施設では粒子をぐるぐる回してぶつける実験を行っている。で、ぶつけたときにさらに小さい粒子が出てくるのでそれを観察する。

名前はBelle II実験。2018年2月から開始するためにいま絶賛準備中である。
加速器はこれぐらいでかい(https://www2.kek.jp/accl/topics/topics100830.html の図を一部改変)
加速器はこれぐらいでかい(https://www2.kek.jp/accl/topics/topics100830.html の図を一部改変)
ぐるぐる回す部分が加速器、ぶつかったときに飛び散る素粒子を調べる部分が測定器である。加速器は一周3キロメートル、測定器も縦横高さ8メートルある。

素粒子というのは原子とか分子よりももっと小さい、万物のもとになっている粒である。
石原さとみもニンテンドースイッチも泥もすべて素粒子でできている。

まずは加速器 SuperKEKBを見る

一周3キロメートルの加速器は円周状のトンネルのなかにある。
ふたつのパイプの中をそれぞれ電子と陽電子が通る。光速に近い速度で通る
ふたつのパイプの中をそれぞれ電子と陽電子が通る。光速に近い速度で通る
駅の出口のように案内が貼ってあった
駅の出口のように案内が貼ってあった
パイプのなかの電子を曲げるための電磁石
パイプのなかの電子を曲げるための電磁石
パイプのなかを電子が光速に近いスピードで通過する。電磁石でその方向を変える。
説明はわかるのだが、目に見えないので雲をつかむような話である。でも、これはよくわかった。
N極とS極
N極とS極
インドで日本語を話す人に出会えたような嬉しさである。

で、パイプを通る電子と陽電子は塊(ビーム)になって通過している。
「ビームは平べったくてきしめんのような形です」と、加速器研究施設の飯田直子さん。
飯田直子さん。加速器のパラメータを少しずつ変えてチューニングするのが楽しいと話していた。
飯田直子さん。加速器のパラメータを少しずつ変えてチューニングするのが楽しいと話していた。
「いや、わたしはハッピーターンと説明しています」とは素粒子原子核研究所の中山浩幸さん。
ふたりとも博士だが白衣は着ていない。ヘルメットである。
ふたりとも博士だが白衣は着ていない。ヘルメットである。
これらの説明に対する我々の返事は「へー」である。7人が「へー」でハモっている。
困り顔の者、フリーズする者、しょんぼりする者
困り顔の者、フリーズする者、しょんぼりする者
KEKの研究者はたとえ話に慣れているのだ。きしめんとかハッピーターンとか面白いじゃないか。これよりうまいたとえができるだろうか。

鑑賞しよう

電子が通るパイプにはところどころ裸のコイルが巻いてあった。
これを巻くことで加速器の性能が上がったそうだ
これを巻くことで加速器の性能が上がったそうだ
ただしパイプを組んだあとにその効果がわかったので、パイプの横で研究者が巻いたとのこと。ものすごい手作りである。左側は結束バンドが巻いてある。

ここの加速器も測定器もすべて効率のために作られている。実用重視なのにかっこいいのが不思議である。
珍しい毛虫みたいなこれとか
珍しい毛虫みたいなこれとか
オブジェだったら「無題」ってつけられちゃいそうなやつとか
オブジェだったら「無題」ってつけられちゃいそうなやつとか
狙ってないようで実は狙ってるということもなく、素なのだ。芸能人がインスタグラムに披露するすっぴんとは違う。
ウイスキーを作ってるような円筒状のこれもかっこいい
ウイスキーを作ってるような円筒状のこれもかっこいい
メカ・マンドラゴラ。思わず命名
メカ・マンドラゴラ。思わず命名
この精密だけど巨大な加速器はとてもデリケートで、「ほぼなまもの」(飯田さん談)だそうだ。

・天気によってビームの性能が違うので調べたら外を通っているケーブルに直射日光があたって膨張しているのが原因だった。ケーブルに屋根を付けたら変動が消えた
・ゴールデンウイークは調子がいい。電力が安定しているからかも。
・スマトラの地震や潮の満ち引きで性能が変わる。トンネルの形が変わるのが原因

潮の満ち引きで変わるトンネルってコンニャク製かよ、と思うがそんなこともなく、コンクリートがほんのわずか変形しているのだ。それでも影響を受けてしまう。
全体図。研究棟の名前が旅館の部屋のようだった
全体図。研究棟の名前が旅館の部屋のようだった
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測定器編 Belle II

円周状の加速器で電子と陽電子が加速されることはわかった。こんどはそれがぶつかったところを観測する測定器である。測定器の名前はBelle II(ベルツー)。
でかい。後ろにいる我々と比較してもでかい。
でかい。後ろにいる我々と比較してもでかい。
測定器といっても温度計とか体重計の比ではない。アパート1軒ぐらいある。
測定器を横から見たところ。さっきの加速器で加速された電子と陽電子がここでぶつかる
測定器を横から見たところ。さっきの加速器で加速された電子と陽電子がここでぶつかる
両側のトンネルから電子と陽電子の塊が来て、測定器のなかで交差する。

交差するときに塊のなかの電子と陽電子がぶつかるので(すり抜ける場合もある)、それを逃さず観測するためにこのアパート1軒分の測定器である。
実際にぶつかる部分は小さい(だって電子だ)。その反応を見るための測定器がでかい。
実際にぶつかる部分は小さい(だって電子だ)。その反応を見るための測定器がでかい。
測定器のなかには7種類のセンサーが入っている。そのうちひとつで使われているのがエアロゲル。
資料館で撮らせてもらった写真
資料館で撮らせてもらった写真
このなかを特定の状態の粒子が通り過ぎると光を発するので、それを観測する。

真っ暗闇でも忍者がいるかどうかわかるように枯れ葉を敷き詰めておくの法則である。
(この比喩が正しいかどうか確認したところ、「葉っぱの音で、武士か町人かまで判定する」とのこと。すごいな)

このエアロゲルが不思議な物体なのだ。持ってるのかどうかわからないぐらい軽い。見た目はくず餅だが、重さは麩菓子だ。つまり、うまそうなのだ。

「食べても美味しくないです」(中山さん)

うまそうだな、おいしいのかな、とつぶやいていたら教えてくれた。

よく配線したな!

測定器の上にも登らせてもらった。検出したデータを処理するためのコンピュータが積んであるのだが…。
よく配線したな!と思うケーブル類
よく配線したな!と思うケーブル類
刺さっているボードもKEKで設計した
刺さっているボードもKEKで設計した
なんでも自分たちで作る人たちである。とんだDIYだ。
いい景色なので記念写真撮ってしまったが、肝心のケーブルがよく見えず
いい景色なので記念写真撮ってしまったが、肝心のケーブルがよく見えず

ここではあたりまえに時間は伸びている

光の速さで移動すると時間が伸びる、とアインシュタインが言っている。遠い惑星に旅して帰ってきたら地球では100年経っていた!というあれである。

SFの世界の話だと思ったら測定器では応用しているそうだ。

・電子と陽電子がぶつかったときに素粒子が飛び出る
・光の速さに近い速さで飛び出るので、素粒子の時間はゆっくり流れる
・光の速さじゃないときよりも寿命が長い
時間がゆっくり進むって理屈の上の話ではなかったのだ。
時間がゆっくり進むって理屈の上の話ではなかったのだ(もらったパンフレットの図に加筆)。
「ゆっくりとした時間が流れる」って純喫茶の紹介みたいな文章になってしまったが現実に起きているのだ(喫茶店も光速で移動している可能性もある)。
測定器の中心近くまで寄ったところ。このなかで時間がゆっくりになっているのだ。
測定器の中心近くまで寄ったところ。このなかで時間がゆっくりになっているのだ。
内線電話機が古かったのも時間がゆっくりになっているからかもしれない!
内線電話機が古かったのも時間がゆっくりになっているからかもしれない!

ケーブル・ケーブル・ケーブル

測定器で目立つのはケーブルである。なかの検出器は見ることができないが、ケーブルの数だけでどれほどのセンサーがあるのかが想像できる。
ビジネスホテルみたいに爪が折れたLANケーブルなどはない
ビジネスホテルみたいに爪が折れたLANケーブルなどはない
天井にもケーブル。日光にこういうのあった。天井に龍の絵が描いてある部屋。
天井にもケーブル。日光にこういうのあった。天井に龍の絵が描いてある部屋。
測定器の上、もずくかと思ったらケーブル
測定器の上、もずくかと思ったらケーブル
パイプだってまけてない
パイプだってまけてない
こちらは加速器でみかけた貞子のようなケーブル
こちらは加速器でみかけた貞子のようなケーブル
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いよいよ本題です!

いやーいいものを見た。じゃ!と帰りたくなったがここからが本題である。このBelle II実験を分かりやすくたとえるのだ。
我々のたとえ話をジャッジしてもらうためにガチ研究者の皆さんに集まってもらった
我々のたとえ話をジャッジしてもらうためにガチ研究者の皆さんに集まってもらった
KEKからは
・素粒子原子核研究所 助教 中山浩幸さん
・素粒子原子核研究所 教授 後田裕さん
・素粒子原子核研究所 副所長・教授 幅淳二さん
・素粒子原子核研究所 広報コーディネーター 高橋将太さん
・加速器研究施設 研究機関講師 森隆志さん
・加速器研究施設 准教授 飯田直子さん
・高エネルギー加速器研究機構 理事 野村昌治さん

対するデイリーポータルZは
・井上マサキ(ケータイ大喜利 レジェンド)
・宮城剛(エアギター日本3位)
・クリハラタカシ(イラストレーター、まんが家)
・西村まさゆき(地図、辞書好き)
・安藤昌教(むかないでものを食べる)
・べつやくれい(イラストレーター、まんが家)
・林雄司(デイリーポータルZウェブマスター)

デイリーポータルZのほうは肩書にカタカナが多いし、いっしょに南極探検に行きたくないパーティーである。

このなかでの唯一の救いは安藤。大学院で物理を学んでいたのだ。流体力学が専攻だという。しかしなんでも鑑定団でスポーツ用品を鑑定してくれるお店しか思いつかない。

そもそもなんで粒子をぶつけているのか

ぐるぐる回してぶつけるということはこれまで説明してきたが、なぜそれをしているか。恐る恐る箇条書きで説明しよう。
・素粒子は必ずプラスマイナスが逆の反粒子といっしょに生まれる(そういうものだと思ってください)
・なのに今の宇宙(含むあなたの家)には反粒子が存在しない
・実験で宇宙誕生直後の状態を作り出し(まじかよ)、反粒子と素粒子を発生させる
・反粒子を観測してなぜ消えたのかを解き明かす
えーと、たとえば結成直後は漫才師はボケとツッコミはペアなのに、気づいたら芸能界にはボケの方だけが生き残っている。ペア誕生直後のボケとツッコミの人生を調べることでなぜツッコミが消えたかを解き明かす。

ということだろう。
「実験中に宇宙がもうひとつできたりしませんか?」
「実験中に宇宙がもうひとつできたりしませんか?」
「宇宙はできないです。作るのは宇宙ができたあとの状態だから」
「宇宙はできないです。作るのは宇宙ができたあとの状態だから」
ビッグバンはできないのか?という質問に対しては「エネルギーが足りないからできない」とのことだった。できない理由をすっと言えるのがすごい。

栗まんじゅうを加速してぶつけたらどうなりますか(西村)

手始めにたとえ話というか西村さんから質問である。
「たとえば栗まんじゅうを加速してぶつけたらどうなりますか」
「たとえば栗まんじゅうを加速してぶつけたらどうなりますか」
「目に見えるものを見つけてもぐちゃっと潰れるだけですね。大きなエネルギーはまんじゅうが壊れることにしか使われないですね。
栗まんじゅうにはたくさんの素粒子がはいっているので、ひとつあたりのエネルギーは大したことがない。大事なのはエネルギー密度です」
(後田さん)

「でも、私が大福の説明する前にまんじゅうの話が出ましたね」
後田さんが西村さんを「お主やるな」という顔で見た。
後田さんが西村さんを「お主やるな」という顔で見た。
「記者発表で、ヒッグス粒子を見つけたヨーロッパの加速器は豆大福をぶつけるようなものだと説明したんですよ。彼らがぶつけるのは陽子、陽子の中にはクォークという素粒子が3つずつ入っていて、その周りに餅のようなものがある。豆大福のようです。
大福をぶつけるとぐちゃっとあんこが飛びちってきれいな反応がでない。
我々は電子と陽電子なので豆と豆をぶつけるようなもの。きれいな反応が見られるんです」


なるほど、和菓子にたとえたら認められた。
でも、西村さんが栗まんじゅうと言ったのはドラえもんの影響(バイバイン)だと思う。
!
ヨーロッパの加速器
!
SuperKEKB

光速でまわる回転寿司があったらネタの鮮度が落ちない(べつやく)

べつやくさんからの質問は相対性理論についてだ。

べつやく「もし光速に近い速度でまわる回転寿司があるとしたら、ネタの鮮度はおちないですか?」

「そうなりますね」

光速で移動するものは時間がゆっくりと進む!
相対性理論が回転寿司に応用された瞬間である。廃棄ロスに悩む飲食店は光速で移動させればよい。
鮮度が落ちない光速回転寿司(イメージ)
鮮度が落ちない光速回転寿司(イメージ)

測定器のビームを絞る部分は秋葉原駅のホーム(林)

次は僕である。
秋葉原駅のホームの一部が細くなっていて、そこでケンカしている人を2回見たことがある。人がぶつかるからである。
「つまりこれが、測定器の手前でビームを絞り込んで衝突を起きやすくしているということです!」
「つまりこれが、測定器の手前でビームを絞り込んで衝突を起きやすくしているということです!」
たとえ話を飯田さんが発展させてくれた。
「ケンカじゃなくて出会いかもしれない(笑)」
「ケンカじゃなくて出会いかもしれない(笑)」
「ケンカしたあとに友情が生まれるかもしれない。ケンカするのは当たり前の反応なので、我々がほしいのはカップルが生まれてふたごが生まれるようなレアパターン。
で、ふたごが同じ人生を歩まない。そういうケースをたくさん集めて調べています」。

ケンカの話が素粒子と反粒子にまでたどり着いた。反粒子がどうしていないのかを調べることがふたごの人生を追うことである。

「でも私たちができるのはたくさんの人を集めてぶつけるように仕向けるだけ」 (飯田さん)
秋葉原駅のホームのように通路を絞ってぶつかりやすくしている
秋葉原駅のホームのように通路を絞ってぶつかりやすくしている
衝突が起こる確率を高くしている、という実験の話までたどり着いた!
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ふたつが衝突して違うものが生まれるさまはまるで露土戦争

安藤は世界史にたとえてきた。
ロシアとトルコが戦争をして、セルビア・モンテネグロ・ルーマニアが生まれるんですよ
ロシアとトルコが戦争をして、セルビア・モンテネグロ・ルーマニアが生まれるんですよ
今回のメンバーのなかでの唯一の理系、物理専攻だったのだが意外な線できた。あえて専門的なところを外してきたか。
世界史を出してきたことに戸惑う研究者陣
世界史を出してきたことに戸惑う研究者陣
そしてここから複数のたとえ話がグルーヴして素粒子物理学が身近なものになっていくのであった!

ふたつのものが衝突して、これまでにないものが出てくるわけですよね

露土戦争のあたりで実験が分かってきた。ふたつのものが衝突して、もとのふたつとは異なるものが出てくるのだ。
井上マサキさんはネプチューン(お笑いコンビ)が結成に至るまでの経緯にたとえた
井上マサキさんはネプチューン(お笑いコンビ)が結成に至るまでの経緯にたとえた
べつやくさんはパ・リーグ再編になぞらえた
べつやくさんはパ・リーグ再編になぞらえた
西村さんは銀行合併の話
西村さんは銀行合併の話
ちょっと待って! Belle II実験ではなくて自分の得意な話をしているだけではないか。だが、最後にクリハラさんが書いた例は反物質までたとえていた。
・藤本弘と安孫子素雄が衝突して藤子不二雄ができるが消滅、FとAが生まれる。 ・FとAは反対の性質を持つ
・藤本弘と安孫子素雄が衝突して藤子不二雄ができるが消滅、FとAが生まれる。
・FとAは反対の性質を持つ
これに対して後田さん、飯田さん、森さんからは
「絵がうまい。」というコメントのほか「図についてはパリーグ再編の図が専門的なものに近い」とも言ってもらった。
「構造は似てますね」と言ってたと思う。
「構造は似てますね」と言ってたと思う。
ということでBelle II実験というのは藤子不二雄かパリーグ再編みたいなものである。
もう少し詳しく(正しく)知りたい人はBelle II実験のサイトを読むといいだろう(まるなげ)。

リンク Belle II実験
後田さんに後日送ったもらった専門的な図。 Feynman図
後田さんに後日送ったもらった専門的な図。 Feynman図
パリーグ再編の図。近鉄とオリックスブルーウェーブが衝突して、楽天とオリックスバッファローズが生まれる。オリックスからヤクルトに坂口と近藤が飛び出たところが似ているポイントか。
パリーグ再編の図。近鉄とオリックスブルーウェーブが衝突して、楽天とオリックスバッファローズが生まれる。オリックスからヤクルトに坂口と近藤が飛び出たところが似ているポイントか。

KEKが気さくである理由

KEKでは若い研究者も所長もフランクに話していた。上下関係などないのだろうか。
聞いてみると、
「ここの仕事は真実を求めることなので、上司の言うことを聞くことではない。上司の言うことを聞いて正しい結果が得られないと困るので自由に意見を言うようにしている。」
とのことだった。なるほど。

僕もそれを心がけたい(ただし僕の意見は聞いてほしい)。
研究所の入り口においてあったSuperKEKBだるま
研究所の入り口においてあったSuperKEKBだるま

腹の模様が加速器である。

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素粒子実験の未来を担う研究者を育てたい!

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