人間が「宇宙は一体だ」と自覚できるかどうかが 地球文明の分かれ目になると思います。

超大型加速器で素粒子を調べる

東京都立大学理学部教授

広瀬 立成 氏

ひろせ たちしげ

1938年愛知県生まれ。67年東京工業大学大学院博士課程修了。東京大学原始核研究所を経て、71年東京都立大学に移り、現職。理学博士。ハイデルベルク大学やセルンとの共同研究を通じて、素粒子物理学の実験研究に従事している。著書に『モノポール』『反物質の世界』（講談社）、『現代物理への招待』（培風館）、『自然のたまねぎ構造―宇宙・物質・生命の階層』など多数。

1991年3月号掲載

ミクロの世界を探るには高エネルギーが必要

—— 私たちは宇宙という極大な世界、逆にミクロの極微の世界、そして生命の3つを別個のものとして、それぞれをとても重要な問題と考えています。ところが、先生のご著書を読ませていただきますと、それらはそもそも一つの同じものから出てきたということで、非常に驚いたのですが−−。そのことを理解するために、まず初めに、先生のご専門とされる「高エネルギー物理学」とはどんな学問なのかお伺いしたいのですが・・・。

広瀬　私たち人間は自然の産物で、自然から生まれてきた存在ですから、自然とまったく遊離して人間社会を考えることはできません。そもそも、私たちの現実の世界ができたこと自体が、いくつもの連続と不連続の壁を乗り越えて、小さな世界からやってきているわけです。ですから、ギリシャ時代以来、人類の長い歴史の中の一つの夢であり、自然科額の中でも最先端の課題というのは、物質の究極的な姿とは何かということなのです。十七、八世紀頃から、それは分子だとか原子だとか、いろいろ言われてきたわけですが、実は原子の真ん中に原子核というものがあり、その中に陽子や中性子などの素粒子がすきまなく詰まっている。では素粒子こそ物質の究極的な要素かというと、その素粒子の中にも、クォークという非常に微少な存在が確認されています。「高エネルギー物理学」の課題は、このような分子、原子、原子核、素粒子、そしてクォークの世界からさらにもう一歩進み、生命の誕生や、宇宙の成り立ちをも含めた、より根源的な自然の階層を明らかにしていこうというものです。

—— よりミクロな世界を探るために、なぜ「高エネルギー」が必要なのですか。

広瀬　日常、私たちが「ものを見る」という場合、太陽の光が対象に当って、そこで反射して、目に入る−−という、3段階のステップをとっているわけです。素粒子のような小さなものを観測する場合も原理は同じです。こちらから何か光に相当するものをぶつけて、そこで相互作用を起こさせ、はね返らせ、それを検出器で観測します。そして、その出て来方を観測して、「ここにはこんな小さなものがある」「固いものがある」、またここで何が起こっているかという情報を得るわけです。ところが、素粒子やクォークというのは、物質の原子の原子核の中の、またその中に・・・という具合に束縛されていますから、それを探るためには非常に速い、強い力で素粒子を加速して、衝突させなければならない。要するに素粒子を観測物にぶつけて、叩き割るわけですから、衝突させる素粒子のエネルギーが高いほど破壊力が大きいのです、これが高エネルギーを必要とする理由です。

—— 実際に、素粒子を加速させる実験はどんな場所でやるのですか。

広瀬　たとえば、スイスのジュネーブ郊外にあるセルン研究所の世界最大級の加速器の例ですと、ジュネーブ空港の下を通って、ジュラ山脈の下の硬い岩盤を突き破る、周囲27キロメートルものスケールです。さらに、今度アメリカで建設開始されることになった超大型加速器は、周囲85キロメートル（笑）、山手線はおろか、環状７号線、8号線もすっぽり入る巨大なものです。