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- Amazon.co.jp ・本 (192ページ)
- / ISBN・EAN: 9784781680163
作品紹介・あらすじ
この研究が、未来を変える!
ノーベル賞は始まりに過ぎない。
物理学「最大の謎」に挑む物語。
もっとも小さな物質「素粒子」――そのなかでも、もっとも捕えにくいのがニュートリノだ。地球上の人間は皆、1秒間に600兆個のニュートリノを浴びているが、ほとんどが幽霊のように通り抜けてしまうため、その実感はまったくない。この謎に満ちたニュートリノの正体にいま、人類が築き上げた科学と日本の圧倒的なテクノロジーが融合した「すごい実験」が迫りつつある。未来の物理学を書き換え得る熱い知の現場から、その面白さをわかりやすく解説。
感想・レビュー・書評
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「ニュートリノ」なんて、梶田先生がノーベル物理学賞を受賞しなければまず聞くことのない言葉です。
物理学を学んでいる人でも、詳しくは知らない(他人に説明できない)人が多いのではないでしょうか。
「ニュートリノ」は、「ニュー」「トリノ」ではなく neutr/ino だそうです。
neutr は「ニュートラル」で ino はイタリア語で「小さい」という意味で、電気的に中性で非常に小さい素粒子が「ニュートリノ」です。
「ニュートリノ」は誰かが見つけたのではなく、ある観測結果から「なくてはならないもの」として考えられたものです。
ある観測結果とは、中性子が崩壊して陽子と電子に変化する時にエネルギーが減ってしまうという現象です。
中性子が持っていたエネルギー ＞ 崩壊後の陽子と電子のエネルギー
物理学の基本原理である、エネルギー保存の法則に従うなら、減った分のエネルギーに相当する「なくてはならないもの」が存在しなくてはなりません。
この(最先端の観測技術でもなかなか捉えられない)幽霊のような謎の素粒子を「ニュートリノ」と名付けたのです。
これだけ知っていれば、「ニュートリノってこんなものでしょ！」って知ったかぶりをしていいと思います。
「ニュートリノ」が存在する証拠を見つけるにはそれこそ「すごい実験」を根気強く続けなくてはなりません。
本書は2011年に刊行された「すごい実験」とほぼ同じ内容ですが、「すごい実験」は多田将さんが高校で行った4回の講義を書籍化したもので、Q＆Aが随所に盛り込まれています。
本書は「すごい実験」の要約みたいな感じですが、ノーベル物理学賞受賞理由の「ニュートリノ振動」について章を設け詳しく説明しています。
私は、「すごい実験」よりも先に本書を読んじゃったのですが、「すごい実験」を先に読んだ方が良かったなあと思いました。
ニュートリノって何？と興味があるなら、本書の第1章「ニュートリノとは何か」(50ページくらい)だけ読んでみるのもいいかと思います。
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多田将(ただ・しょう)
1970年大阪府生まれ。京都大学理学研究科博士課程修了。京都大学化学研究所非常勤講師を経て、現在、高エネルギー加速器研究機構・素粒子原子核研究所、准教授。著書に『すごい実験――高校生にもわかる素粒子物理の最前線』『すごい宇宙講義』『宇宙のはじまり』『ミリタリーテクノロジーの物理学<核兵器>』(すべてイースト・プレス)がある。
ではその宇宙はいったい何から出来ているのでしょうか。宇宙を、それを構成する要素に分解してみましょう。すると、宇宙は銀河と呼ばれるものから出来ています。この宇宙や銀河を扱う学問が、宇宙物理学です。
この分子を分解してみましょう。この図では明らかにたくさんの粒々が集まって出来ていますが、この粒々ひとつひとつが、原子と呼ばれるものです。原子の大きさは、１００億分の１ｍです。可視光の波長の１０００分の１程度ですので、これはもう光学顕微鏡を使っても見ることができません。「見る」ということは、探る道具（光学顕微鏡の場合は可視光）を対象物に当てることですので、対象物より大きな道具では、対象物に個別に当てることができない、つまり、「見る」ことができないのです。
例えば、今、僕がこのようにiPhoneを持つことができるのは、僕の手の表面の原子を覆う電子と、このiPhoneの表面の原子を覆う電子が、電子同士で反発し合っているからです（図５）。もしこの反発し合う力がなければ、僕の手もiPhoneも本来はすかすかですので、僕はiPhoneを持つことができないのです。世の中の物質がこの形を保っているのは、実は、電子が持つ電気の力、電磁力のお蔭なのです。皆さんが中高生の頃に物理学の授業で力学を学んだ際、抗力や張力、応力、摩擦力など、様々な力が登場したことと思いますが、それらは、 本 を正せば、重力を除いて、全て電磁力だったのです。
少し横道に逸れますが、ここで、電荷というものについて少し考えてみましょう。 皆さんのTwitterのフォロワーには、いろいろな方々がおられるでしょう。職業や、趣味や、年齢や、そういった属性が様々である方々が多くおられると、その方々の興味の対象も多様性に富んでいることでしょう。そして、フォロワーの方々の興味の対象が様々であるだけに、皆さんの呟きに対する反応も、様々であるかと思います。例えば、政治のことを呟くと、ＡさんとＢさんはいつもリツイートするけれども、おかしな画像を貼り付けると、ＡさんもＢさんも無反応で、逆にＣさんやＤさんはファボる、といった具合に。ここでは、例として、猫の画像を貼り付けた場合について考えてみましょう。
可愛い猫の画像を貼り付けたとき、猫好きのフォロワーや、逆に猫嫌いのフォロワーは、猫画像に反応することでしょう（図６）。一方で、猫に興味のないフォロワーは、スルーすることでしょう。猫好き（あるいは猫嫌い）といった特性を、ここでは、「猫荷」と呼んでみましょう。このとき、猫荷を持つフォロワーたちに取っては、猫画像が貼り付けられたことによって、タイムラインが変化しましたが、猫荷を持たない（猫に興味がない）フォロワーたちに取っては、タイムラインに何も変化が起こっていないのと同じです。この、ある特性（荷量）を持つ者だけに影響を与える空間（の変化）を、「場」と呼びます。ここでは、猫荷を持つ者、猫好き（あるいは猫嫌い）の者だけに影響を与える「猫場」が存在するわけです。一方で、猫に興味がない、つまり猫荷を持たない者に取っては、猫場など存在しないも同然です。
先程、原子と化学のところで、昔の錬金術は詐欺であったとお話ししました。「世の中の物質は全て原子の組み合わせから出来ており、原子自体は変化しない」という原子論に従えば、例えば水銀の原子と金の原子は別物ですから、水銀から金を生み出すことはできないのです。化学の世界では、今でもこれは正しいわけです。 ところが、原子を割って、その先の原子核までを見てみると、陽子と中性子の組み合わせ次第で、どんな原子もつくることができるとわかりました。つまり、錬金術は、化学的には不可能でも、物理学的には可能なのです。水銀の原子核の陽子と中性子の数を変えれば、金をつくり出すことは原理的に可能です。但し、原子核の構成を変えるには、膨大なコストと手間がかかりますので、別の原子から金をつくり出すよりも、普通に金を買ったほうが、はるかに安上がりなのですがね。
それは、強い力の到達距離が短く、だいたい原子核の大きさ（ ｍ）程度しかないからです。仲間内でしか通じない話題であるがために、世界に広がっていかないのです。猫画像のようなグローバルなネタではないのです。しかし内輪ネタというものはわかる人には強烈なもので、仲間内では、猫画像よりも強力なネタとなるのです。強い力と電磁力を単純に比較することはできないのですが、概ね、強い力は電磁力より１００倍ほど強い、と考えていただければよいでしょう。
強い力では、電荷に相当するのが 色 荷 で、３種類（後述する反物質も含めると６種類）あります。また、光子（猫画像のように実際にやり取りするもの）に相当するのが 膠着 子（グルーオン）です。グルーと言えば糊ですね。本来反発し合うクォーク同士をべったりと繋ぎ止めておく、という意味で、膠着、糊なのでしょうが、どちらかと言えば、バネのようなもののほうが、イメージとしてしっくりきます。
皆さんのうち、中学校や高校で物理学を学んだことのある方は、エネルギー保存則については御存じだと思います。あるいは、化学だけしか学ばなかった方も、質量保存則は御存じだと思います。質量保存則は、化学反応の前後で、反応前の全物質の質量と、反応後の全物質の質量とは、等しくなる、というものです。これは、反応エネルギーの小さな化学反応では概ね正しいのですが、厳密には、反応によって生じるエネルギーを考慮しなければ、正しいとは言えません。そこで、反応前後で、質量を含めた全エネルギーを足し合わせたものを比較すると、必ず等しくなっている、というのがエネルギー保存則です。エネルギーは新たに生まれたり、消えたりしない、というものです。
このように粒子を崩壊させる現象、あるいは粒子の種類を変える現象は、これまでに登場した力、重力、電磁力、強い力、の何れの作用でも、説明がつきません。これらとは全く異なる新たな力が作用しているのです。この力を、「弱い力（Weak interaction）」と呼びます。 猫力が猫画像をやり取りすることで伝わっていくように、電磁力が光子をやり取りすることで伝わっていくように、そして強い力がグルーオンをやり取りすることで伝わっていくように、弱い力も、それを伝えるためのもの、猫画像に相当するものが必要です。それが、ウィークボゾンと呼ばれる素粒子です。
答えは、１秒間あたり、６００兆個、です。それだけの量のニュートリノが、今も皆さんの身体に降り注いでいるのです。 その割には皆さん、あまり「ニュートリノを浴びている感」がないですよね。日差しのきつさを感じはしても、「今日はニュートリノがきっつぃわぁ」とは思わないですよね。それはあるニュートリノならではの性質のせいなのです。
ニュートリノは、「ニュー」「トリノ」だと思っていらっしゃる方が、恐らく日本では多数派なのかもしれません。新しいトリノ。トリノと言えば、イタリア屈指の工業都市として有名で、オリンピックも開かれましたしね。でもニュートリノの語源にトリノは関係なくて、「ニュートｒ」「イノ」という合成語なのです。片仮名だと切り難いのですが、アルファベットだと、neutr/inoで切ります。ニュートは「新しい」ではなく、「ニュートラル」の意味です。自動車のギアでニュートラルは、ギアがどこにも入っていない状態のことですが、この場合のニュートラルとは、電荷が＋でもでもない、電荷を持っていない、ということを意味しています。つまり、中性子と同じく、「中性」です。
ニュートリノは、宇宙には大量に存在して、人類の活動でもせっせとつくられています。例えば原子炉で起こる核分裂反応でも、ニュートリノは大量につくられています。しかし、その性質がよくわからず、利用方法もわからないため、それらは全て捨ててしまっているのです。 もっと性質がよくわかれば、積極的に利用する方法も考え出されるかもしれない。そうなれば、何せ量だけは捨てるほどあるわけですから、大革命が起こるかもしれません。そこで、ニュートリノを研究し、その性質をより深く知ろう、というのが、我々の実験グループの仕事なのです。
このように、自分自身が反粒子である粒子を、「マヨラナ粒子」と呼びます。こういう理論を考え出したエットーレ・マヨラナからその名を取っています。因みにエットーレ・マヨラナはイタリアの物理学者で、ニュートリノの名付け親として先に登場したエンリコ・フェルミの下で研究をしていましたが、フェルミがイタリアのファシスト政権から公職を追放されたときに、行方不明となりました。
皆さんは街中で配られているティッシュやチラシをよくもらったりしますか。僕は、なぜか、あれをもらったことがないのです。僕が受け取りを拒否しているわけではありませんよ。普通に歩いていても、僕の前後の人たちには配られるのに、僕にだけは配ってくれないのです。僕があまりに存在感が薄いからですかね……でもそのお蔭で、そういったものに邪魔されずに、自分のペースで、真っ直ぐに街中を歩くことができます。ミューオンのように。
実は、この御二人の間に、決して忘れてはならない、偉大なニュートリノ研究の物理学者がおられました。戸塚洋二先生です。戸塚先生も「いつノーベル賞を取ってもおかしくない」と言われる業績を残されたのですが、残念なことに２００８年に永眠され、そのために受賞はなりませんでした。
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不思議な魅力のある研究者。不思議な魅力のあるニュートリノ。考えれば、考えるほど、途方も無い世界観。原子を構成する原子核の、そのまた構成要素となる陽子と中性子。更にそれを構成するクォークと呼ばれる素粒子。その素粒子の種類として存在するニュートリノ。
本著は、同じ著者による「すごい実験」と補完関係にあるとの事だが、補完としての意味もあるが、二度似たような内容を読む事で、読み流した部分がしっかり理解できていく。それでも、ニュートリノ振動理論などは、ついていけない部分もある。そういう所は、読み流しても良いかなと。
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多田将
ニュートリノ 入門書
ニュートリノ振動理論 を中心として、ニュートリノの性質を わかりやすく説明している。ニュートリノの物理学的な偉業や性質は理解できた
現代社会や産業への功績がなく、未来社会に何をもたらすのか未知数であるなかで、ノーベル賞を受賞していることに、無用の用としてのニュートリノの凄さを感じる
この本では例示されていないが、ニュートリノの使われ方は ガン治療、新エネルギー開発、新たな情報通信網、宇宙移動手段のほか、核兵器を無効化する新兵器の開発とか ではないか？
反物質、対消滅は SF的で面白い〜物質と反物質が対消滅する場合、エネルギー保存法則により 両者のエネルギーが残り、光として現れる
原子の構造が 太陽系と同じというのが ロマンがある〜太陽に相当する核(原子核)があり、周りを惑星に相当するもの(電子)が回っている
ニュートリノ振動理論
ニュートリノは時間とともに別のニュートリノに変化する〜素粒子の種類が時間とともに変わる。ニュートリノ振動が起きていれば、ニュートリノの質量に差がある
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素粒子物理学の専門家により、素粒子について、特に素粒子の実験についてわかりやすく説明した本。素人向けの講演で使用した資料が基になっており、わかりやすい。絵も独特で面白い。役立った。
「今、僕がこのようにiphoneを持つことができるのは、僕の手の表面の原子を覆う電子と、このiphoneの表面を覆う電子が、電子同士で反発しあっているからです。もしこの反発しあう力がなければ、僕の手もiphoneも本来はすかすかなので、僕はiphoneを持つことができないのです。世の中の物質がこの形を保っているのは、実は、電子がもつ力、電磁力のおかげなのです」p20
「皆さんが中高生の頃に物理学の授業で力学を学んだ際、抗力や張力、応力、摩擦力など、様々な力が登場したことと思いますが、それらは、本を正せば、重力を除いて、すべて電磁気力だったのです」p20
「陽子の崩壊を観測する目的で、カミオカンデはつくられました。つまり、当初はニュートリノの検出器ではなかったのです。結局、カミオカンデでは陽子の崩壊は観測されず、実験は失敗に終わり、カミオカンデはその役割を終えようとしていました。そのとき、1987年2月23日1635分、大マゼラン星雲内で起こった超新星で発生し地球にやってきたニュートリノを、カミオカンデが捉えたのです。これにより、日本はニュートリノ研究の主役へと躍り出て、カミオカンデの実験グループを率いていた小柴先生は、この功績によりノーベル賞を受賞されました。今でもニュートリノ研究において日本が世界をリードしているのも、この超新星の観測がそのすべての始まりだったのです」p102
「（梶田）ノーベル賞受賞の際の日本での報道を見ていると「ニュートリノに質量があることがわかった」ことばかりが強調されますが、これは副産物のようなもので、本質的に重要なことは、ニュートリノが、時間とともに他の種類のニュートリノに変化する、ということなのです」p125
「2010年1月から2013年5月までの期間の実験で、ミューニュートリノから電子ニュートリノへの変化という、それまで人類が誰も見たことがなかった現象を、世界で初めて発見するという快挙を成し遂げました」p148
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多田将さんの書く科学解説本は優しい。たまにブルーバックスなどで見かけるのだが、より正しく書くことにこだわっている人が多い。多田さんはそうではなく、より正しく伝えることにこだわっている。そのことが十分に伝わってくる。ニュートリノについて書かれたこの本も、本来はひどく伝えるのが難しいものであったはずだ。それが多田さんの手にかかると不思議にすっとその内容が頭に入ってくる気がする (残念ながらその多くはすぐに抜けてしまいもするのだけれども...)。
ニュートリノに質量があるということが2015年の梶田さんのノーベル賞受賞とともにニュースになったが、本質的なことはニュートリノの種類が変わっていく、いわゆるニュートリノ振動が確認されたことであるということがよくわかる。そのニュートリノ振動理論も、3人の日本人、坂田昌一、牧二郎、中川昌美によって提唱され、さらにそれがカミオカンデの実験によって確認されたというのも素晴らしいことだと思う。そして、同じく日本人の小林・益川の両人によって発見されたCP対称性の破れをニュートリノでも確認しようとする実験が進行中だという。多田さんいわく「絶対に負けられない戦い」だとのこと。偏狭なナショナリズムとは違う誇りが感じられてとても素敵な感じがする。
多田さんも参加するカミオカンデのニュートリノ実験は、小柴さんと梶田さんの二人のノーベル賞受賞者を出している先端かつ成功した基礎研究プロジェクトである。小柴さんが超新星爆発によるニュートリノをぎりぎりのタイミングでとらえたのはパスカルの「Chance Favors the Prepared Mind」という言葉を思い出させるし、梶田さんがTVのインタビューで何の役に立つのかとの質問に「私には解らない」と答えたことはかつて米フェルミ研究所の初代所長ウィルソンが「国防には直接役立ちませんが、我が国を守るに値する国にするのに役立ちます」と答えたことを思い出させる。カミオカンデの業績は、ノーベル賞でよく報われたとはいえ、もっとよく知られてほしいな。
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多田さんの他の著作のレビュー
『宇宙のはじまり』のレビュー
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『すごい宇宙講義』のレビュー
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『ミリタリーテクノロジーの物理学＜核兵器＞』のレビュー
http://booklog.jp/users/sawataku/archives/1/4781680054
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多田将氏（高エネルギー加速器研究機構准教授）番組名マル激トーク・オン・ディマンド 第801回（2016年8月13日）で紹介されていた本。まずは、スカスカの秘密から…
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ニュートリノとは何かを、やさしく紐解いてくれる一冊。物理学を勉強してない私でも理解できた。あらゆる物理現象や実験を猫にまつわるたとえ話で解説してくれる。天才的に解説がうまい方だが、多分すごい変わった人だと思う。笑
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まず、表紙のスーパーカミオカンデの写真が美しい。図書館で借りて読んだけど、表紙のために本買おうかと考え中。内容はさすが多田先生、ニュートリノのこと何もわからない私でもちゃんと読めて何となくは理解できました。Twitterでの猫画像の拡散に例えたり、シュレディンガーの猫の思考実験で猫を○すのは猫好きには耐えられないと、白猫と黒猫に変えて説明したり、とても楽しく読めました。
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著者プロフィール
多田将の作品
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