TEDxBerlin
James Beacham: How we explore unanswered questions in physics
ジェームズ・ビーチャム: 物理学の未解決問題をいかに探求するか
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ジェームズ・ビーチャムは物理学で最も重要な未解決問題の答を求めて、世界最大の科学実験施設であるCERNの大型ハドロン衝突型加速器で研究をしています。この面白く分かりやすいトークで、彼は科学はどのように展開していくかを紐解きます。未発見の基本粒子を探し、重力の謎を解き明かす旅路は空間の余剰次元へと向かい、探求はいかに継続していくのかが詳しく説明されます。
James Beacham - Experimental particle physicist
James Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider. Full bio
James Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider. Full bio
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00:13
There is something about physics
0
1087
4185
ある物理の問題が
子供の頃から随分と私の頭を悩ませてきました
00:17
that has been really bothering me
since I was a little kid.
since I was a little kid.
1
5296
4000
それは科学者が
00:23
And it's related to a question
2
11010
1809
100年もの間 問い続けても
答えが得られない問題に
答えが得られない問題に
00:24
that scientists have been asking
for almost 100 years,
for almost 100 years,
3
12843
3244
関わるものです
00:28
with no answer.
4
16111
1169
00:31
How do the smallest things in nature,
5
19108
3010
自然界で最小の物質であり
量子論の世界に属する素粒子と
00:34
the particles of the quantum world,
6
22142
2153
自然界での最大の物体であり
重力で結びつけられている
重力で結びつけられている
00:36
match up with the largest
things in nature --
things in nature --
7
24319
3031
惑星や恒星や銀河とを
どうやって統一するのか？
どうやって統一するのか？
00:39
planets and stars and galaxies
held together by gravity?
held together by gravity?
8
27374
3247
子供のころには
この問題に対して答えを出そうと
この問題に対して答えを出そうと
00:43
As a kid, I would puzzle
over questions just like this.
over questions just like this.
9
31250
2773
顕微鏡や電磁石をいじくったり
00:46
I would fiddle around
with microscopes and electromagnets,
with microscopes and electromagnets,
10
34047
2892
微小世界の力や量子力学について
00:48
and I would read
about the forces of the small
about the forces of the small
11
36963
2195
本を読んだりしました
00:51
and about quantum mechanics
12
39182
1334
00:52
and I would marvel at how well
that description matched up
that description matched up
13
40540
3564
そして 本の記述が 私たちの実験結果と
よく合致していることに
よく合致していることに
驚きました
00:56
to our observation.
14
44128
1170
それから天体を観測しました
00:58
Then I would look at the stars,
15
46220
1583
重力がかなり解明されていることも
学びました
学びました
00:59
and I would read about how well
we understand gravity,
we understand gravity,
16
47827
2524
そして 私はこれらの２つのシステムを
統一する美しい理論が―
統一する美しい理論が―
01:02
and I would think surely,
there must be some elegant way
there must be some elegant way
17
50375
3350
あるに違いないと確信しました
01:05
that these two systems match up.
18
53749
2645
しかし そのようなものはありません
01:09
But there's not.
19
57021
1401
本によると
01:11
And the books would say,
20
59673
1160
この２つの領域について
別々には研究が進んでいますが
別々には研究が進んでいますが
01:12
yeah, we understand a lot
about these two realms separately,
about these two realms separately,
21
60857
3183
数学的に結び付けようとすると
01:16
but when we try to link
them mathematically,
them mathematically,
22
64064
2610
全くうまくいきません
01:18
everything breaks.
23
66698
1330
01:20
And for 100 years,
24
68674
1310
100年もの間
01:22
none of our ideas as to how to solve
this basically physics disaster,
this basically physics disaster,
25
70008
5028
この根本的な物理学上の破綻を
解く試みはどれも
解く試みはどれも
実験による裏付けができませんでした
01:27
has ever been supported by evidence.
26
75060
1814
01:30
And to little old me --
27
78271
1654
少し大きくなった私―
01:31
little, curious, skeptical James --
28
79949
1810
好奇心旺盛で 疑り深い子供の私には
この状況は到底
納得のいくものではありませんでした
納得のいくものではありませんでした
01:33
this was a supremely unsatisfying answer.
29
81783
2868
01:38
So, I'm still a skeptical little kid.
30
86011
2233
そうです 私は今でも疑り深い子供なのです
01:40
Flash-forward now
to December of 2015,
to December of 2015,
31
88268
3810
ここで2015年の12月に話が飛びますが
01:45
when I found myself smack in the middle
32
93029
2474
この時 私がその中心にいた物理の世界は
天地のひっくり返る騒ぎのまっただ中でした
01:47
of the physics world
being flipped on its head.
being flipped on its head.
33
95527
2940
CERN（欧州原子核研究機構）で
興味深いデータが見つかったことに端を発します
興味深いデータが見つかったことに端を発します
01:51
It all started when we at CERN
saw something intriguing in our data:
saw something intriguing in our data:
34
99999
3320
01:55
a hint of a new particle,
35
103343
2274
それは新粒子の兆しであり
長年の問題に 驚くべき解答が
得られる可能性を匂わせていました
得られる可能性を匂わせていました
01:57
an inkling of a possibly extraordinary
answer to this question.
answer to this question.
36
105641
4216
02:03
So I'm still a skeptical
little kid, I think,
little kid, I think,
37
111777
2127
私は まだ疑り深い子供だと思うのですが
今や 素粒子ハンターでもあるのです
02:05
but I'm also now a particle hunter.
38
113928
2133
私は 物理学者で
稼働中の実験施設では最大の
稼働中の実験施設では最大の
02:08
I am a physicist at CERN's
Large Hadron Collider,
Large Hadron Collider,
39
116085
3463
CERNの大型ハドロン衝突型加速器で
研究しています
研究しています
02:11
the largest science
experiment ever mounted.
experiment ever mounted.
40
119572
3471
02:15
It's a 27-kilometer tunnel
on the border of France and Switzerland
on the border of France and Switzerland
41
123877
3535
これは フランスとスイスの国境にまたがる
27キロのトンネルで
27キロのトンネルで
地下100メートルに埋められています
02:19
buried 100 meters underground.
42
127436
1850
このトンネルの中で
02:21
And in this tunnel,
43
129310
1154
宇宙空間よりも冷たい超伝導磁石を使って
02:22
we use superconducting magnets
colder than outer space
colder than outer space
44
130488
3953
陽子を光速近くまで加速して
02:26
to accelerate protons
to almost the speed of light
to almost the speed of light
45
134465
3061
１秒間に数百万回 衝突させ
02:29
and slam them into each other
millions of times per second,
millions of times per second,
46
137550
3877
その衝突による生成粒子を捉えて
02:33
collecting the debris of these collisions
47
141451
2826
新たな 未発見の基本粒子を探しています
02:36
to search for new, undiscovered
fundamental particles.
fundamental particles.
48
144301
3971
02:40
Its design and construction
took decades of work
took decades of work
49
148727
2464
この施設の設計と建設は
世界中から集まった物理学者の
世界中から集まった物理学者の
02:43
by thousands of physicists
from around the globe,
from around the globe,
50
151215
3032
数十年間に渡る努力の賜物です
2015年の夏には
02:46
and in the summer of 2015,
51
154271
2541
人類史上最大のエネルギーでの
衝突型加速器実験をするために
衝突型加速器実験をするために
02:48
we had been working tirelessly
to switch on the LHC
to switch on the LHC
52
156836
3424
この大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の
稼働に向けて精力的に働いていました
稼働に向けて精力的に働いていました
02:52
at the highest energy that humans
have ever used in a collider experiment.
have ever used in a collider experiment.
53
160284
4467
高いエネルギーは重要です
02:57
Now, higher energy is important
54
165735
2523
なぜなら 素粒子の世界では
03:00
because for particles,
there is an equivalence
there is an equivalence
55
168282
2187
エネルギーと質量は等しいからです
03:02
between energy and particle mass,
56
170493
2201
質量は 自然が与えた ただの数値です
03:04
and mass is just a number
put there by nature.
put there by nature.
57
172718
2461
03:08
To discover new particles,
58
176068
1318
新粒子を発見するには
より大きな数値に達する必要があります
03:09
we need to reach these bigger numbers.
59
177410
2122
そこで より高エネルギーを生む
より大きな衝突型加速器が必要です
より大きな衝突型加速器が必要です
03:11
And to do that, we have to build
a bigger, higher energy collider,
a bigger, higher energy collider,
60
179556
3254
そして 世界で最高エネルギーを生む
最大の加速器が
最大の加速器が
03:14
and the biggest, highest
energy collider in the world
energy collider in the world
61
182834
2565
CERNのLHCなのです
03:17
is the Large Hadron Collider.
62
185423
1466
そこでは 陽子を数千兆回衝突させ
03:20
And then, we collide protons
quadrillions of times,
quadrillions of times,
63
188271
4899
何か月にもわたる時間をかけて
そのデータを集めます
そのデータを集めます
03:25
and we collect this data very slowly,
over months and months.
over months and months.
64
193194
4284
03:30
And then new particles might show up
in our data as bumps --
in our data as bumps --
65
198813
4335
すると 新粒子が データのグラフ上の
コブとして表れてくるかもしれません
コブとして表れてくるかもしれません
予測値からのわずかな偏りであり
03:35
slight deviations from what you expect,
66
203172
2445
滑らかな線に凹凸を与える
一群のデータ点です
一群のデータ点です
03:37
little clusters of data points
that make a smooth line not so smooth.
that make a smooth line not so smooth.
67
205641
3967
例えば このグラフ上のコブは
03:42
For example, this bump,
68
210379
1721
2012年に数ヶ月間
データを蓄積した結果ですが
データを蓄積した結果ですが
03:45
after months of data-taking in 2012,
69
213010
2533
03:47
led to the discovery
of the Higgs particle --
of the Higgs particle --
70
215567
2129
ボソン粒子のひとつである
ヒッグス粒子の発見に至り
ヒッグス粒子の発見に至り
03:49
the Higgs boson --
71
217720
1205
03:50
and to a Nobel Prize
for the confirmation of its existence.
for the confirmation of its existence.
72
218949
3365
粒子の存在が裏付けることで
ノーベル賞受賞にもつながりました
ノーベル賞受賞にもつながりました
2015年に エネルギーが
大幅に増強されたことによって
大幅に増強されたことによって
03:55
This jump up in energy in 2015
73
223972
3558
新粒子 つまり長く未解決だった問題への
新たな答を発見する
新たな答を発見する
04:00
represented the best chance
that we as a species had ever had
that we as a species had ever had
74
228628
3292
04:03
of discovering new particles --
75
231944
1477
史上最大のチャンスが訪れました
04:05
new answers to these
long-standing questions,
long-standing questions,
76
233445
2112
なぜなら ヒッグス粒子を発見した時の
04:07
because it was almost
twice as much energy as we used
twice as much energy as we used
77
235581
3097
04:10
when we discovered the Higgs boson.
78
238702
1922
約２倍のエネルギーだからです
私の同僚の多くは この一瞬に
研究生活の全てを賭けていました
研究生活の全てを賭けていました
04:12
Many of my colleagues had been working
their entire careers for this moment,
their entire careers for this moment,
79
240648
3741
率直に言って
好奇心旺盛な子供の私にとっては
好奇心旺盛な子供の私にとっては
04:16
and frankly, to little curious me,
80
244413
2076
04:18
this was the moment
I'd been waiting for my entire life.
I'd been waiting for my entire life.
81
246513
2910
それまでの人生は
この一瞬を待つためだったのです
この一瞬を待つためだったのです
2015年は まさにその時でした
04:21
So 2015 was go time.
82
249447
1731
2015年の６月に
04:24
So June 2015,
83
252654
2210
LHCは再稼働しました
04:27
the LHC is switched back on.
84
255722
2659
私は同僚たちと一緒に
息もできないほどドキドキしていました
息もできないほどドキドキしていました
04:31
My colleagues and I held our breath
and bit our fingernails,
and bit our fingernails,
85
259040
2877
そして ついに この最高エネルギーでの
04:33
and then finally we saw
the first proton collisions
the first proton collisions
86
261941
2511
陽子衝突の１回目を観測しました
04:36
at this highest energy ever.
87
264476
1956
拍手と乾杯と祝福が起こりました
04:38
Applause, champagne, celebration.
88
266456
2076
科学界の節目でした
04:40
This was a milestone for science,
89
268556
3596
この新たに観測されたデータから
何が発見できるかは未知数でした
何が発見できるかは未知数でした
04:44
and we had no idea what we would find
in this brand-new data.
in this brand-new data.
90
272176
4622
数週間後にはグラフ上に
コブを見つけました
コブを見つけました
04:51
And then a few weeks later,
we found a bump.
we found a bump.
91
279990
2178
あまり大きくはありませんでしたが
04:56
It wasn't a very big bump,
92
284192
1676
眉を上げるには十分な大きさのコブでした
04:58
but it was big enough to make
you raise your eyebrow.
you raise your eyebrow.
93
286952
2512
眉を上げる段階を10段階に分けて
05:01
But on a scale of one to 10
for eyebrow raises,
for eyebrow raises,
94
289488
2251
10を新粒子発見とすると
05:03
if 10 indicates that you've
discovered a new particle,
discovered a new particle,
95
291763
2610
今回は４ぐらいでした
05:06
this eyebrow raise is about a four.
96
294397
1727
（笑）
05:08
(Laughter)
97
296148
1150
何時間も 何日間も 何週間もかけて
このわずかなコブについて
このわずかなコブについて
05:10
I spent hours, days, weeks
in secret meetings,
in secret meetings,
98
298432
5211
同僚たちと秘密裏に話し合い
05:15
arguing with my colleagues
over this little bump,
over this little bump,
99
303667
2360
05:18
poking and prodding it with our most
ruthless experimental sticks
ruthless experimental sticks
100
306051
3236
データを徹底的に調べ上げ
05:21
to see if it would withstand scrutiny.
101
309311
1977
精査に耐えるかどうかを検討しました
何か月もの間 憑りつかれた様に
研究をしました
研究をしました
05:23
But even after months
of working feverishly --
of working feverishly --
102
311988
3461
家には帰らず 研究所に寝泊まりし
05:27
sleeping in our offices
and not going home,
and not going home,
103
315473
2432
キャンディバーを夕食にして
05:29
candy bars for dinner,
104
317929
2077
バケツ一杯のコーヒーを飲み―
05:32
coffee by the bucketful --
105
320030
1570
物理学者は コーヒーを図表に変える
機械のようなものですが―
機械のようなものですが―
05:33
physicists are machines
for turning coffee into diagrams --
for turning coffee into diagrams --
106
321624
4243
（笑）
05:37
(Laughter)
107
325891
1399
しかし このわずかなコブは消えませんでした
05:39
This little bump would not go away.
108
327314
2536
そして 数か月後
05:42
So after a few months,
109
330704
2138
我々はこのわずかなコブを
明快なメッセージとともに世界に発表しました
明快なメッセージとともに世界に発表しました
05:44
we presented our little bump to the world
with a very clear message:
with a very clear message:
110
332866
3710
それは このわずかなコブは興味深いが
決定的ではないので
決定的ではないので
05:49
this little bump is interesting
but it's not definitive,
but it's not definitive,
111
337457
2711
さらなるデータを取って
注意深く観測するつもりだということです
注意深く観測するつもりだということです
05:52
so let's keep an eye on it
as we take more data.
as we take more data.
112
340192
3329
私たちはこのコブに関して
冷静でいようとしました
冷静でいようとしました
05:55
So we were trying to be
extremely cool about it.
extremely cool about it.
113
343872
2291
いずれにしろ
この発表は世界中に広まりました
この発表は世界中に広まりました
05:59
And the world ran with it anyway.
114
347463
2188
マスコミはこぞって取り上げました
06:02
The news loved it.
115
350383
1632
06:04
People said it reminded
them of the little bump
them of the little bump
116
352735
2555
このコブはヒッグス粒子発見の
過程で現れたコブを
過程で現れたコブを
彷彿とさせると言われました
06:07
that was shown on the way
toward the Higgs boson discovery.
toward the Higgs boson discovery.
117
355314
3423
さらに 同業者である理論物理学者たちは
06:10
Better than that,
my theorist colleagues --
my theorist colleagues --
118
358761
3128
私の大好きな人たちですが
06:14
I love my theorist colleagues --
119
362548
2317
理論家たちはこのコブについて
500本もの論文を書きました
500本もの論文を書きました
06:16
my theorist colleagues wrote
500 papers about this little bump.
500 papers about this little bump.
120
364889
3612
06:20
(Laughter)
121
368525
1455
（笑）
素粒子物理学界は
天地がひっくり返るほどの大騒ぎでした
天地がひっくり返るほどの大騒ぎでした
06:22
The world of particle physics
had been flipped on its head.
had been flipped on its head.
122
370574
3966
何故 この問題のコブは
何千人もの物理学者たちが―
何千人もの物理学者たちが―
06:27
But what was it about this particular bump
123
375745
4242
06:32
that caused thousands of physicists
to collectively lose their cool?
to collectively lose their cool?
124
380011
4090
誰も彼も冷静さを失うほどの
代物なのでしょうか
代物なのでしょうか
このわずかなコブは独特でした
06:37
This little bump was unique.
125
385596
1436
このコブが示唆するのは
06:40
This little bump indicated
126
388198
1369
ある種の衝突が 予想外に多く
観測されているということです
観測されているということです
06:41
that we were seeing an unexpectedly
large number of collisions
large number of collisions
127
389591
3022
その衝突の生成物は
２つの光子だけ つまり
２つの光子だけ つまり
06:44
whose debris consisted
of only two photons,
of only two photons,
128
392637
3331
２個の光の粒子だけなのです
06:47
two particles of light.
129
395992
1244
06:49
And that's rare.
130
397260
1237
これは稀なことです
粒子の衝突は自動車の衝突とは違います
06:51
Particle collisions are not
like automobile collisions.
like automobile collisions.
131
399069
2620
06:53
They have different rules.
132
401713
1519
別の法則に従います
２つの粒子が
光速に近い速さで衝突する時は
光速に近い速さで衝突する時は
06:55
When two particles collide
at almost the speed of light,
at almost the speed of light,
133
403256
2650
量子論が適用されます
06:57
the quantum world takes over.
134
405930
1421
量子論の世界では
06:59
And in the quantum world,
135
407375
1260
２つの粒子から
新しい粒子が１つできますが
新しい粒子が１つできますが
07:00
these two particles
can briefly create a new particle
can briefly create a new particle
136
408659
3193
その粒子の寿命はごくわずかな時間で
07:03
that lives for a tiny fraction of a second
137
411876
2780
別の粒子に分裂して検出されます
07:06
before splitting into other particles
that hit our detector.
that hit our detector.
138
414680
2881
車の衝突で考えると 衝突の瞬間に
２台の車が消えて
２台の車が消えて
07:09
Imagine a car collision
where the two cars vanish upon impact,
where the two cars vanish upon impact,
139
417585
3405
その場所に自転車が１台現れるということです
07:13
a bicycle appears in their place --
140
421014
2269
07:15
(Laughter)
141
423307
1071
（笑）
その自転車は分裂して
２台のスケートボードになり
２台のスケートボードになり
07:16
And then that bicycle explodes
into two skateboards,
into two skateboards,
142
424402
2461
これが観測器で検出されます
07:18
which hit our detector.
143
426887
1181
07:20
(Laughter)
144
428092
1379
（笑）
うまくいけばですが
正確には少し違います
正確には少し違います
07:21
Hopefully, not literally.
145
429495
1953
この実験は非常に高くつきます
07:23
They're very expensive.
146
431472
1342
２個の光子だけしか検出されない例は
極めて稀です
極めて稀です
07:26
Events where only two photons
hit out detector are very rare.
hit out detector are very rare.
147
434191
3748
光子は素粒子の中でも特別な性質を持つため
07:29
And because of the special
quantum properties of photons,
quantum properties of photons,
148
437963
3722
２つの光子しか生み出さないような
新粒子の可能性は―
新粒子の可能性は―
07:33
there's a very small number
of possible new particles --
of possible new particles --
149
441709
3788
先程の謎の自転車に相当しますが―
07:37
these mythical bicycles --
150
445521
1497
非常に限られます
07:39
that can give birth to only two photons.
151
447042
2243
しかし その選択肢の一つは
かなりの高エネルギーで
かなりの高エネルギーで
07:41
But one of these options is huge,
152
449812
2836
07:44
and it has to do with
that long-standing question
that long-standing question
153
452672
2836
私を子供の頃から悩ませていた
07:47
that bothered me as a tiny little kid,
154
455532
2522
あの積年の問題
つまり重力に関係します
07:50
about gravity.
155
458078
1360
重力はとても強い力に見えるかもしれません
07:53
Gravity may seem super strong to you,
156
461946
2672
しかし 実際には 自然界の他の力に比べると
信じられないほど弱い力です
信じられないほど弱い力です
07:56
but it's actually crazily weak
compared to the other forces of nature.
compared to the other forces of nature.
157
464642
4100
私が跳ねるだけで
簡単に重力を打ち負かすことができますが
簡単に重力を打ち負かすことができますが
08:00
I can briefly beat gravity when I jump,
158
468766
2631
手から陽子を取り出すことはできません
08:04
but I can't pick a proton out of my hand.
159
472390
2843
重力は自然界の他の力と比べると
どの程度の強さなのか？
どの程度の強さなのか？
08:08
The strength of gravity compared
to the other forces of nature?
to the other forces of nature?
160
476463
3216
10の39乗分の1です
08:12
It's 10 to the minus 39.
161
480480
2190
小数点以下に39個の０が並びます
08:14
That's a decimal with 39 zeros after it.
162
482694
2537
さらに悪いことに
08:17
Worse than that,
163
485255
1157
自然界の他の力は
私たちが標準モデルと呼ぶ理論で
私たちが標準モデルと呼ぶ理論で
08:18
all of the other known forces of nature
are perfectly described
are perfectly described
164
486436
3027
08:21
by this thing we call the Standard Model,
165
489487
2037
完全に説明できます
これは 自然界を最も小さな尺度で説明できる
現時点での最良の理論です
現時点での最良の理論です
08:23
which is our current best description
of nature at its smallest scales,
of nature at its smallest scales,
166
491548
3435
率直に言って
08:27
and quite frankly,
167
495007
1156
人類の最も優れた成果の１つです
08:28
one of the most successful
achievements of humankind --
achievements of humankind --
168
496187
4177
重力は例外です
重力は標準理論に含まれていません
重力は標準理論に含まれていません
08:32
except for gravity, which is absent
from the Standard Model.
from the Standard Model.
169
500388
4012
有り得ません
08:36
It's crazy.
170
504424
1150
重力の大半は
消えてしまったというのでしょうか
消えてしまったというのでしょうか
08:38
It's almost as though most
of gravity has gone missing.
of gravity has gone missing.
171
506046
3100
私たちは重力を少しは感じますが
08:42
We feel a little bit of it,
172
510394
1667
残りはどこにあるのでしょう
08:44
but where's the rest of it?
173
512085
1676
誰も知りません
08:45
No one knows.
174
513785
1282
さて 大胆な説明を提案している
ある仮説があります
ある仮説があります
08:48
But one theoretical explanation
proposes a wild solution.
proposes a wild solution.
175
516003
4403
私たちは
08:54
You and I --
176
522120
1339
後ろの方のあなたも
08:55
even you in the back --
177
523483
1578
３次元の空間にいます
08:57
we live in three dimensions of space.
178
525085
2145
08:59
I hope that's a
non-controversial statement.
non-controversial statement.
179
527254
2557
このことは
受け入れていただけるといいのですが
受け入れていただけるといいのですが
09:01
(Laughter)
180
529835
1829
（笑）
既知の粒子も全て３次元空間に存在します
09:03
All of the known particles also live
in three dimensions of space.
in three dimensions of space.
181
531688
3438
実は 粒子があるということは
３次元空間において
３次元空間において
09:07
In fact, a particle is just another name
182
535150
2190
その場所のエネルギーが
基底より高い状態にあるということです
基底より高い状態にあるということです
09:09
for an excitation
in a three-dimensional field;
in a three-dimensional field;
183
537364
3009
空間が局所的に揺らいるのです
09:12
a localized wobbling in space.
184
540397
1920
もっと重要なことは こういった物理を
記述するために用いる数学では
記述するために用いる数学では
09:15
More importantly, all the math
that we use to describe all this stuff
that we use to describe all this stuff
185
543288
3529
次元の数は３つだと仮定としていることです
09:18
assumes that there are only
three dimensions of space.
three dimensions of space.
186
546841
3073
しかし数学は数学です
いろんな数学的な扱いを試すことができます
いろんな数学的な扱いを試すことができます
09:21
But math is math, and we can play
around with our math however we want.
around with our math however we want.
187
549938
3381
とても長い間
空間の余剰次元について
空間の余剰次元について
09:25
And people have been playing around
with extra dimensions of space
with extra dimensions of space
188
553343
3166
いろいろと考えられてきました
09:28
for a very long time,
189
556533
1155
ただこれは 抽象的な数学の概念に
すぎませんでした
すぎませんでした
09:29
but it's always been an abstract
mathematical concept.
mathematical concept.
190
557712
2585
つまり 周りを見回しても―
後ろの方も見回してください
後ろの方も見回してください
09:32
I mean, just look around you --
you at the back, look around --
you at the back, look around --
191
560321
3172
明らかに空間には３次元しかありません
09:35
there's clearly only
three dimensions of space.
three dimensions of space.
192
563517
2281
それが現実ではなかったらどうしますか？
09:38
But what if that's not true?
193
566954
1559
重力の失われた部分は
私たちには見えない空間の余剰次元に
私たちには見えない空間の余剰次元に
09:42
What if the missing gravity is leaking
into an extra-spatial dimension
into an extra-spatial dimension
194
570109
6255
09:48
that's invisible to you and I?
195
576388
1956
漏れているとすると
どうでしょう？
どうでしょう？
この空間の余剰次元も見えれば
重力は他の力と同じぐらい強いのに
重力は他の力と同じぐらい強いのに
09:51
What if gravity is just as strong
as the other forces
as the other forces
196
579355
3094
私たちが感じられるのは
重力のほんの小さな断面だけなので
重力のほんの小さな断面だけなので
09:54
if you were to view it in this
extra-spatial dimension,
extra-spatial dimension,
197
582473
3141
重力がとても弱い力だと考えられているのなら
09:57
and what you and I experience
is a tiny slice of gravity
is a tiny slice of gravity
198
585638
2900
どうでしょう？
10:00
make it seem very weak?
199
588562
1897
もしこの仮説が本当ならば
10:04
If this were true,
200
592158
1175
素粒子の標準モデルを
拡張しなければなりません
拡張しなければなりません
10:05
we would have to expand
our Standard Model of particles
our Standard Model of particles
201
593357
2748
そうすると 余剰次元の素粒子
つまり重力の高次元素粒子―
つまり重力の高次元素粒子―
10:08
to include an extra particle,
a hyperdimensional particle of gravity,
a hyperdimensional particle of gravity,
202
596129
4086
空間の余剰次元に存在する
特別な重力子を含めることができます
特別な重力子を含めることができます
10:12
a special graviton that lives
in extra-spatial dimensions.
in extra-spatial dimensions.
203
600239
2995
皆さんの様子からすると
10:15
I see the looks on your faces.
204
603258
1465
このようにお思いでしょう
10:16
You should be asking me the question,
205
604747
1819
「一体どうやってこんな途方もない
SF小説のようなアイディアを試すのだろう？
SF小説のようなアイディアを試すのだろう？
10:18
"How in the world are we going to test
this crazy, science fiction idea,
this crazy, science fiction idea,
206
606590
3644
10:22
stuck as we are in three dimensions?"
207
610258
2491
私たちは３次元空間に捕らわれているのに」
こういうときはいつも
10:24
The way we always do,
208
612773
1282
２つの陽子を衝突させるのです
10:26
by slamming together two protons --
209
614079
2139
10:28
(Laughter)
210
616242
1152
（笑）
十分に激しい衝突ならば
10:29
Hard enough that
the collision reverberates
the collision reverberates
211
617418
2564
そこにあるべき空間の余剰次元を
揺るがせて
揺るがせて
10:32
into any extra-spatial dimensions
that might be there,
that might be there,
212
620006
2691
直ちに高次元の重力子が生まれ
10:34
momentarily creating
this hyperdimensional graviton
this hyperdimensional graviton
213
622721
2599
すぐにLHCがある３次元空間にポンと戻り
10:37
that then snaps back
into the three dimensions of the LHC
into the three dimensions of the LHC
214
625344
4380
２つの光子に
つまり２個の光の粒子に分裂します
つまり２個の光の粒子に分裂します
10:41
and spits off two photons,
215
629748
1822
10:44
two particles of light.
216
632278
1338
ここで仮定した余剰次元の重力子は
10:47
And this hypothetical,
extra-dimensional graviton
extra-dimensional graviton
217
635417
2910
２個の光子によるわずかなコブを
生み出せるという
生み出せるという
10:50
is one of the only possible,
hypothetical new particles
hypothetical new particles
218
638351
3707
特別な量子的特徴を持ちうる
10:54
that has the special quantum properties
219
642082
2135
仮想的な新粒子のひとつです
10:56
that could give birth to our little,
two-photon bump.
two-photon bump.
220
644241
4236
重力の謎を解き明かし
11:02
So, the possibility of explaining
the mysteries of gravity
the mysteries of gravity
221
650000
5820
11:07
and of discovering extra
dimensions of space --
dimensions of space --
222
655844
3498
空間の余剰次元を発見する可能性―
もう皆さんはお判りでしょう
11:11
perhaps now you get a sense
223
659366
1592
どうして何千人もの物理オタクが データ上の
２個の光子からできるわずかなコブに
２個の光子からできるわずかなコブに
11:12
as to why thousands of physics geeks
collectively lost their cool
collectively lost their cool
224
660982
4124
誰も彼も冷静さを失ったのか
11:17
over our little, two-photon bump.
225
665130
1882
11:19
A discovery of this type
would rewrite the textbooks.
would rewrite the textbooks.
226
667036
2900
教科書を書き換えるほどの発見です
ここで思い出してください
11:22
But remember,
227
670739
1152
その時この研究をしていた
11:23
the message from us experimentalists
228
671915
1724
実験物理学者たちが出したメッセージは
とても明確でした
とても明確でした
11:25
that actually were doing
this work at the time,
this work at the time,
229
673663
2239
「もっとデータが必要です」
11:27
was very clear:
230
675926
1154
11:29
we need more data.
231
677104
1174
データが蓄積されれば
11:30
With more data,
232
678302
1519
このわずかなコブが
パリッと素敵なノーベル賞になるか
パリッと素敵なノーベル賞になるか
11:31
the little bump will either turn into
a nice, crisp Nobel Prize --
a nice, crisp Nobel Prize --
233
679845
4024
11:35
(Laughter)
234
683893
1760
（笑）
11:37
Or the extra data will fill in
the space around the bump
the space around the bump
235
685677
2964
新たなデータがコブの周囲を埋めて
11:40
and turn it into a nice, smooth line.
236
688665
1866
滑らかな線となるか判ります
私たちはデータを取り続けました
11:43
So we took more data,
237
691515
1218
数ヶ月かかって５倍の量のデータを集めた結果
11:44
and with five times the data,
several months later,
several months later,
238
692757
2577
このわずかなコブは
11:47
our little bump
239
695358
1690
滑らかな線になりました
11:49
turned into a smooth line.
240
697072
2348
マスコミは「大きな失望」とか
「消えた希望」とか
「消えた希望」とか
11:55
The news reported on a "huge
disappointment," on "faded hopes,"
disappointment," on "faded hopes,"
241
703217
3484
素粒子物理学者たちの「残念」などと
報道しました
報道しました
11:58
and on particle physicists "being sad."
242
706725
2510
12:01
Given the tone of the coverage,
243
709259
1811
このように報道されたので
世間は 私たちがLHCを閉鎖し
帰国したと考えたことでしょう
帰国したと考えたことでしょう
12:03
you'd think that we had decided
to shut down the LHC and go home.
to shut down the LHC and go home.
244
711094
3488
12:06
(Laughter)
245
714606
1150
（笑）
しかし そんなことはしません
12:08
But that's not what we did.
246
716628
1603
何故でしょうか？
12:13
But why not?
247
721057
2014
仮に新粒子を発見できなくても
まあ実際だめでしたが―
まあ実際だめでしたが―
12:16
I mean, if I didn't discover
a particle -- and I didn't --
a particle -- and I didn't --
248
724475
2845
何故ここで話をしているのか？
12:20
if I didn't discover a particle,
why am I here talking to you?
why am I here talking to you?
249
728209
3029
何故 恥ずかしさに肩を落とし
12:23
Why didn't I just hang my head in shame
250
731262
2437
帰国しないのでしょうか？
12:25
and go home?
251
733723
1224
素粒子物理学者は探査をしています
12:31
Particle physicists are explorers.
252
739169
3351
私たちは
専ら地図を作っているようなものです
専ら地図を作っているようなものです
12:35
And very much of what we do
is cartography.
is cartography.
253
743421
2952
LHCから離れて
分かりやすく説明します
分かりやすく説明します
12:39
Let me put it this way: forget
about the LHC for a second.
about the LHC for a second.
254
747468
2852
あなたが宇宙飛行士で
宇宙の彼方の惑星に到着し
宇宙の彼方の惑星に到着し
12:42
Imagine you are a space explorer
arriving at a distant planet,
arriving at a distant planet,
255
750344
3382
異星人を探しているとします
12:45
searching for aliens.
256
753750
1325
最初に何をすべきでしょう？
12:47
What is your first task?
257
755099
1522
すぐに惑星を周回し 着陸し
生命の大きく顕著な兆候がないか
生命の大きく顕著な兆候がないか
12:49
To immediately orbit the planet,
land, take a quick look around
land, take a quick look around
258
757931
3076
ざっと調べて地球の基地に報告するでしょう
12:53
for any big, obvious signs of life,
259
761031
1886
ざっと調べて地球の基地に報告するでしょう
12:54
and report back to home base.
260
762941
1819
この段階に私たちはいます
12:56
That's the stage we're at now.
261
764784
1624
LHCで はっきりとした
12:59
We took a first look at the LHC
262
767269
1487
大きな新粒子を探すための最初の調査をし
13:00
for any new, big,
obvious-to-spot particles,
obvious-to-spot particles,
263
768780
2284
何もなかったと報告をしたところです
13:03
and we can report that there are none.
264
771088
1950
私たちは遠くの山に
異星人らしき変なコブを見ましたが
異星人らしき変なコブを見ましたが
13:05
We saw a weird-looking alien bump
on a distant mountain,
on a distant mountain,
265
773631
2673
近寄って見ると それは岩でした
13:08
but once we got closer,
we saw it was a rock.
we saw it was a rock.
266
776328
2170
そこで私たちはどうするでしょう？
諦めて飛び去りますか？
諦めて飛び去りますか？
13:10
But then what do we do?
Do we just give up and fly away?
Do we just give up and fly away?
267
778816
2640
13:13
Absolutely not;
268
781480
1287
絶対に違います
そんなことをするのは最悪の科学者です
13:14
we would be terrible scientists if we did.
269
782791
2305
13:17
No, we spend the next couple
of decades exploring,
of decades exploring,
270
785120
3613
そうではなくて
次の二十年間かけて探検をして
次の二十年間かけて探検をして
その星の詳細な地図を作り
13:20
mapping out the territory,
271
788757
1480
高性能の機器で砂を厳密に調べて
13:22
sifting through the sand
with a fine instrument,
with a fine instrument,
272
790261
2365
全ての石の下を探り
13:24
peeking under every stone,
273
792650
1458
地面に穴をあけます
13:26
drilling under the surface.
274
794132
1554
新粒子はすぐに大きな
はっきりとしたコブとして
はっきりとしたコブとして
13:28
New particles can either
show up immediately
show up immediately
275
796106
2593
現れるかもしれませんし
13:30
as big, obvious-to-spot bumps,
276
798723
2133
何年もの間データを取り続けてから
やっと現れるかもしれません
やっと現れるかもしれません
13:32
or they can only reveal themselves
after years of data taking.
after years of data taking.
277
800880
3941
人類は非常に高いエネルギーでの探索を
LHCで始めたばかりです
LHCで始めたばかりです
13:38
Humanity has just begun its exploration
at the LHC at this big high energy,
at the LHC at this big high energy,
278
806103
4410
もっと探索しなくてはなりません
13:42
and we have much searching to do.
279
810537
1791
もし10年あるいは20年経っても
新粒子を発見できなかったらどうしましょう？
新粒子を発見できなかったらどうしましょう？
13:44
But what if, even after 10 or 20 years,
we still find no new particles?
we still find no new particles?
280
812352
5825
より大きな実験設備を建設します
13:51
We build a bigger machine.
281
819053
1695
13:52
(Laughter)
282
820772
1574
（笑）
もっと高いエネルギーで実験をします
13:54
We search at higher energies.
283
822370
1690
もっと高いエネルギーで実験をします
13:56
We search at higher energies.
284
824476
1570
100キロのトンネルを造る計画は
すでに進行しています
すでに進行しています
13:58
Planning is already underway
for a 100-kilometer tunnel
for a 100-kilometer tunnel
285
826946
3053
LHCの10倍のエネルギーで
粒子を衝突させられるでしょう
粒子を衝突させられるでしょう
14:02
that will collide particles
at 10 times the energy of the LHC.
at 10 times the energy of the LHC.
286
830612
2976
自然が新粒子をどこに隠したか
決めることはできません
決めることはできません
14:05
We don't decide where
nature places new particles.
nature places new particles.
287
833612
2337
探索し続けることを決めただけです
14:08
We only decide to keep exploring.
288
836366
1646
もし100キロのトンネルでも
14:10
But what if, even after
a 100-kilometer tunnel
a 100-kilometer tunnel
289
838036
2558
14:12
or a 500-kilometer tunnel
290
840618
1860
500キロのトンネルでも
あるいは 地球と月の間の宇宙空間に浮かぶ
14:14
or a 10,000-kilometer
collider floating in space
collider floating in space
291
842502
2841
１万キロに及ぶ衝突型加速器でも
14:17
between the Earth and the Moon,
292
845367
1578
新粒子を発見できないとしたらどうでしょう？
14:18
we still find no new particles?
293
846969
3062
多分 素粒子物理学のやり方が
間違っているということです
間違っているということです
14:23
Then perhaps we're doing
particle physics wrong.
particle physics wrong.
294
851597
2694
14:26
(Laughter)
295
854315
1791
（笑）
私たちは考え直さなくてはならないのでしょう
14:28
Perhaps we need to rethink things.
296
856130
1957
14:31
Maybe we need more resources,
technology, expertise
technology, expertise
297
859127
3262
私たちが今持っているよりも
多くの資金と技術とノウハウが
多くの資金と技術とノウハウが
14:34
than what we currently have.
298
862413
1508
必要となるでしょう
LHCの一部では既に
人工知能や機械学習の技術を
人工知能や機械学習の技術を
14:36
We already use artificial intelligence
and machine learning techniques
and machine learning techniques
299
864610
3341
取り入れています
14:39
in parts of the LHC,
300
867975
1153
極めて複雑なアルゴリズムを使って
14:41
but imagine designing
a particle physics experiment
a particle physics experiment
301
869152
2406
自分で学習をして高次元の重力子を
14:43
using such sophisticated algorithms
302
871582
1669
発見できるような素粒子物理実験を
設計すると考えてみましょう
設計すると考えてみましょう
14:45
that it could teach itself to discover
a hyperdimensional graviton.
a hyperdimensional graviton.
303
873275
3168
しかし あの究極の問いはどうなるでしょう？
14:48
But what if?
304
876467
1157
14:49
What if the ultimate question:
305
877648
1445
人工知能でさえ私たちの問題に答えを出す
助けとならないとしたら？
助けとならないとしたら？
14:51
What if even artificial intelligence
can't help us answer our questions?
can't help us answer our questions?
306
879117
3473
何世紀にも渡って未解決であった
これらの問題は
これらの問題は
14:54
What if these open questions,
for centuries,
for centuries,
307
882614
2111
近い将来には解けない定めだとしたら？
14:56
are destined to be unanswered
for the foreseeable future?
for the foreseeable future?
308
884749
2669
14:59
What if the stuff that's bothered me
since I was a little kid
since I was a little kid
309
887442
2929
私が子供の頃から頭を悩ませている問題が
私が生きている内には
解決されない運命だとしたら？
解決されない運命だとしたら？
15:02
is destined to be unanswered
in my lifetime?
in my lifetime?
310
890395
2523
そうなったら―
15:06
Then that ...
311
894395
1156
15:08
will be even more fascinating.
312
896282
2094
もっと面白くなるでしょう
全く新しい方法で
考えなくてはならなくなるでしょう
考えなくてはならなくなるでしょう
15:12
We will be forced to think
in completely new ways.
in completely new ways.
313
900144
3225
仮定に立ち戻って
15:16
We'll have to go back to our assumptions,
314
904361
2058
どこかに間違いがないか
確かめなくてはならないでしょう
確かめなくてはならないでしょう
15:18
and determine if there was
a flaw somewhere.
a flaw somewhere.
315
906443
2339
そして 一緒に科学を研究するように
より多くの人を誘わなくてはなりません
より多くの人を誘わなくてはなりません
15:21
And we'll need to encourage more people
to join us in studying science
to join us in studying science
316
909401
3395
それは100年続く問題に対する
新たな視点が必要だからです
新たな視点が必要だからです
15:24
since we need fresh eyes
on these century-old problems.
on these century-old problems.
317
912820
3062
15:27
I don't have the answers,
and I'm still searching for them.
and I'm still searching for them.
318
915906
3134
私はその答を見つけていませんし
その答をまだ探しています
その答をまだ探しています
しかし 誰かが―
今は学生かもしれませんし
今は学生かもしれませんし
15:31
But someone -- maybe
she's in school right now,
she's in school right now,
319
919064
2329
15:33
maybe she's not even born yet --
320
921417
1684
まだ生まれてもいないかもしれませんが
その誰かが 全く新しい方法で
物理学を捉えるように導き
物理学を捉えるように導き
15:35
could eventually guide us to see physics
in a completely new way,
in a completely new way,
321
923783
3133
今の問いが間違っていただけだと
指摘してくれるでしょう
指摘してくれるでしょう
15:38
and to point out that perhaps
we're just asking the wrong questions.
we're just asking the wrong questions.
322
926940
4268
15:44
Which would not be the end of physics,
323
932112
2410
それは物理学の終わりではなく
新しい始まりです
15:46
but a novel beginning.
324
934546
1406
ありがとうございました
15:49
Thank you.
325
937204
1150
15:50
(Applause)
326
938378
2541
（拍手）
ABOUT THE SPEAKER
James Beacham - Experimental particle physicistJames Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider.
Why you should listen
As part of the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider, one of the teams that discovered the Higgs boson in 2012, James Beacham is on the hunt for evidence of new particles -- dark photons, gravitons, dark matter and exotic Higgs bosons among them.
Previously, Beacham was part of a small team of researchers who, in 2009, searched for the Higgs boson in an unlikely place: data taken by the ALEPH experiment at CERN's Large Electron-Positron collider, nine years after it had stopped running. He has also worked with the APEX collaboration, a groundbreaking search for dark photons using existing particle physics facilities designed for very different purposes.
Beacham completed his PhD at New York University in 2014 and is currently a post-doctoral researcher with the ATLAS experiment group of the Ohio State University. He has been a guest on NPR's "Science Friday," participated in documentaries on the BBC and the Discovery Channel and talked particle physics with the New York Times and WIRED.
In addition to his ongoing research, Beacham is dedicated to making particle physics accessible to all. He has communicated science to the public with Symmetry Magazine, US/LHC, the Science Museum in London, the Institute of Physics, the World Science Fair and on the Web.
In 2015, Beacham organized Ex/Noise/CERN, a project colliding particle physics with experimental music to celebrate the LHC’s switch on to 13 trillion electron volts.
James Beacham | Speaker | TED.com