2026/02/10 8:31
「粒子物理学はもう終わりなのか？ 衰退しつつあるのか？ それとも単に非常に難しいだけなのか？」
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要約▶
Japanese Translation:
（欠落している詳細を組み込む）：**
要約
2012年7月にヒッグス粒子が発見された後、素粒子物理学の実験はある停滞点に達した。大型ハドロン衝突器（LHC）は標準模型を確認したものの、新しい粒子は検出できず、「新物理学的真空」状態を引き起こし、素粒子物理学者の雇用が減少すると予測された。これを乗り越えるために、研究者たちは高精度測定、AI駆動データ解析、および次世代加速器への大胆な提案へと注目している。
CERN の未来円環加速器（FCC）は、最初は電子–電子衝突を用いて高精度研究を行い、その後プロトン–プロトン衝突にアップグレードする91 kmのトンネルとして計画されており、エネルギーはLHCのおよそ7倍になる。承認は2028年以降まで保留となっている。米国ではミューオン加速器コンセプトが進められており、開発に約30年、費用は100億〜200億ドルと推定されるが、発見の保証はない。中国は低エネルギー超タウ–チャーム施設（数億USD）を建設中で、τ→µ/ e 遷移を測定し、標準模型外の物理学を示唆する可能性を探っている。
「隠れた谷」についての理論研究は、軽い異常粒子が間接的なシグナル（例えば余剰ミューオン–アンチミューオンペア）として残るかもしれないと示唆しているが、まだ証拠は出ていない。そこで、アダム・ファルコウスキー、マリア・スピロプゥル、ピーター・ワイトらのシニア物理学者は、大型加速器の将来に懐疑的であり、散乱振幅論やAI駆動物理学など代替研究路線を提唱している。人材移行はすでに顕在化しており、ジェイレッド・カプランやカリ・セサロッティといった元素粒子物理学者が、加速器科学の限られた見通しからAIや他分野へ転身している。
これらの課題にもかかわらず、コミュニティは高精度実験、隠れた谷シグナル、および理論的進展を通じて新物理学の探索を続けている。将来の発見が根本科学を再構築するのか、それともリソースが学際的AI応用へと移行するのかは不確実だが、進歩は可能である。
本文
コラムニスト・ネイタリー・ウルチョバーは、粒子物理学が深刻な危機に陥ってから10年以上を経て、再び研究者と面会します。
大型ハドロン衝突器は新しい物理を発見しませんでした。今何が起こるのでしょうか？
クリスティーナ・アーミタージ / クアンタマガジン
序章
2012年7月、CERNの大型ハドロン衝突器（LHC）の物理学者たちは、サブアトミック世界の長らく探求されていた「リンチピン」―ヒッグス粒子―を発見したと発表しました。ヒッグスは他の素粒子に質量を与えることで、原子が形成され、最終的にはすべてのものが存在できるようにします。
数か月後、私はQuantaとなる予定だった雑誌で初めて社内記者として働き始めました。物理学のレポートを書き始めたばかりの頃、ドラマは本当に盛り上がっていました。
そのドラマはヒッグス自体ではありませんでした。その存在は疑いようもなくなっていたからです。ヒッグスは標準模型（SM）―1970年代に定式化された25種類の既知素粒子と相互作用を記述する方程式群―を完成させました。しかし、データからは既知のもの以外の新しい粒子や力が現れませんでした。
物理学者たちは数十億ドルを投資し、27kmの超高速衝突器を建設してSMを確認すると同時に、暗黒物質候補・物質と反物質の不均衡説明・階層問題への解決策など、SMを超える新しい物理学を発見することを期待していました。1981年、エドワード・ウィットンはヒッグスよりわずかに重い追加粒子が安定性を回復させると提唱しました。LHCはそれらを生み出すべきだったのです。
しかし、陽子同士が正面衝突し、検出器へ散乱物質を噴射すると、SM粒子しか現れませんでした。新しい物理学は表に出てこなかったのです。
危機
「新物理」が見られないことは危機を引き起こしました。ミハイル・シフマンは2012年秋にこう語りました。「私たちは神でも預言者でもありません。実験的指針がなければ、自然について何か推測する方法はありますか？」アダム・ファルコスキーは重い粒子を探す対象がなくなると分野は徐々に衰退すると予測しました。「仕事の数は着実に減少していくでしょう。」
何年もそのような報道は興味深かったものの、粒子物理学に関するニュース記事は減少しました。私は情報源との接点を失いました。13年以上後、このQuantaの新シリーズ「Qualia」の最初のコラムで、私は次のことを検証します。
- ファルコスキーが予測したように粒子物理学は衰退しているのでしょうか？
- まだ新しい物理学を見つけられるでしょうか？
- 粒子物理学者の将来はどうなるのでしょうか？
- 人工知能は役立つのでしょうか？
一部の物理学者はまるで危機が存在しないかのように振舞っています。LHCは稼働を続け、運転員たちは新たな熱意を見出しています。
データ処理におけるAI
近年、データ処理はAIによって改善されています。パターン認識アルゴリズムが衝突残骸をスクリーニングし、人間の手作りアルゴリズムよりも正確にイベントを分類します。これにより散乱振幅（異なる粒子相互作用の確率）の測定精度が向上し、SM予測からの逸脱は未知の粒子を示唆する可能性があります。
ハーバード大学のマット・ストラスラーは、軽い新粒子の痕跡がデータ内の「隠れた谷」に潜んでいるかもしれないと指摘します―「未踏領域」。例えば、不安定な暗黒物質粒子が余剰ミューオン・反ミューオン対に崩壊すると、その過剰分を検出すれば間接的に存在を示唆できます。「高エネルギーにある新物理だけを期待していた人々は大きく失望した」とストラスラーは語ります。
これまでのところ、間接的な新物理学の証拠は検出されていません。CERNのミケランジェロ・マンゴーニはLHCがSM予測を探求する貴重なツールであり、SM以外の物理学探索は否定的結果にもかかわらず続いていると述べています。
未来：より大きな衝突器
1. 未来円形衝突器（FCC）
CERNの研究者たちはFCCを建設する計画です。LHCの周囲長を3倍に拡張し、フランス・スイス国境下で91kmにします。初期段階では電子対衝突を行い、クリーンな衝突と精密振幅測定が可能になり、新物理の間接的兆候に敏感になります。世紀末までにプロトン–プロトン衝突へ切り替え、LHCの現在の到達範囲を約7倍高めることで、重い粒子の発見が期待されます。
FCCの運命は不確実で、正式承認と資金調達は2028年以前には届かない可能性があります。
2. ミューオン衝突器（米国）
米国ではミューオン衝突器を追求しています。ミューオンは電子のように素粒子ですが、200倍も重いためクリーンでエネルギッシュな衝突が可能です。ただし、ミューオンは数マイクロ秒で崩壊するため、加速・衝突には大規模な技術革新が必要です。技術実証と建設に約30年かかり、10〜20億ドルの投資が見込まれます。
カレッジ・オブ・テクノロジー・アンド・サイエンス（Caltech）のマリア・スピロプルは「発見保証」がない点がLHCのヒッグス発見と比べて不利になると指摘します。
3. その他の提案
中国は低エネルギーのスーパータウチャーム施設を追求しており、数億ドルでタウ–ミューオン–電子遷移を研究しています。中国の超高速衝突器提案は停滞しています。
脳流出とAI
この分野は脳流出に直面しています。優秀なポスドクがデータサイエンスや他領域へ転職しています。ハーバード元従業員のジャレッド・カプランはAnthropicに2019年入社し、AIが最も重要な科学的進歩になると主張しています。数年間で理論物理学者がほぼ全てAI生成論文に取って代わるだろうと予測します。
CERNのポスドク・カリ・セサロッティは異議を唱え、AIは人々を物理学から遠ざけ、人間が教科書を読み、階層問題について創造的に考える必要があると述べます。彼女は「粒子物理学は死んだ」というレトリックが採用減少につながり、自身の予言を実現していると指摘します。
ストラスラーは依然として希望を持っています。「粒子物理学は死んでいない。ただし、難しい。」彼は放射性トリウム-229崩壊やアクシオン探査など、軽量暗黒物質候補が基本定数の変動を明らかにする可能性に特に興奮しています。
結論
真実への進展は依然として可能ですが、発見が保証されるわけではありません。13年後も私は全ての経験的手がかりが既に手元にあるような不安定な感覚を抱えつつ、宇宙がより深い秘密を隠し続けていると感じています。
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