小林誠_【海部俊樹の従兄弟｜CKM行列でフレバー・亜粒子を記述】-10/14改訂

こんにちはコウジです。

半年ごとの記事見直しです。
ご覧ください。内容を整理し、
主に英訳を削除しています。
（以下原稿です）

素粒子標準模型入門
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【1944年4月7日・愛知県生まれ～ご存命中】

【Photo:Makoto Kobayashi Nobel Wikimedia】

先ず、本件は物理学者の小林誠に対しての記事で
イラストレータの小林誠に対しての記事ではありません。

小林誠は理研創設時の時代に理化学研究所で活躍し、
ノーベル賞で名をはせた名古屋大学の理学部教授です。
小林誠の理論は、坂田昌一の流れを受け継ぎながら、
南部陽一郎による対称性の破れの概念とも深く結びついています。

言われてみたら、なのですが、
元内閣総理大臣の海部俊樹と顔つきが似ています。
海部俊樹と小林誠は従兄弟の関係で、
小林誠は幼少時代に父を亡くしているので
従兄弟の居る海部家で生活していた時があるそうです。
無口な小林誠を年上の海部は「マー坊」と呼び
可愛がっていたそうです。現在の所属で言うと（2024年度から）
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構,
その他部局等, 研究員です。

小林の研究での真骨頂と言えば素粒子物理学が発展
していく中での成果でしょう。いわゆる「CKM行列」
と呼ばれる定式化が絶妙です。

弱い相互作用において、クォークは別の種類へと変化しますが、
その「どの程度の確率で変化するか」を体系的に表したのが
小林・益川理論（CKM行列）です。

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小林誠の研究の真骨頂――CKM行列

小林誠の研究で特に重要なのが、益川敏英とともに1973年に発表した「小林・益川理論」です。その中心にあるのが、現在「CKM行列」と呼ばれているクォークの混合を表す定式化です。

ここで「CKM行列はクォークが種類を変える確率を表す」とだけ説明すると、少し正確さを欠きます。CKM行列は、弱い相互作用においてクォークのフレーバーがどのように混合するかを表す複素行列です。行列の各要素は遷移の振幅に関係し、その絶対値の二乗が実際の遷移確率に結びつきます。

つまり、クォークが弱い相互作用をするとき、「どの種類のクォークから、どの種類のクォークへ移りやすいのか」を、ばらばらの現象としてではなく、一つの数学的な体系として扱えるわけです。

そして小林・益川理論の非常に重要な点が、CP対称性の破れを説明するには、クォークが3世代以上必要になることを示したことでした。当時まだ発見されていなかったクォークを含む3世代6種類のクォークを考えることで、弱い相互作用におけるCP対称性の破れを理論的に説明できるようになったのです。

後にチャーム、ボトム、トップの各クォークが発見され、さらにB中間子などを用いた
実験によってCP対称性の破れが詳しく検証されると、小林・益川理論は素粒子標準模型の
重要な部分として確立されていきました。2008年、小林誠と益川敏英は、この
「クォークが少なくとも3世代存在することを予言する対称性の破れの起源」
に関する研究によってノーベル物理学賞を受賞しています。

なお、「CKM」のKは小林誠、Mは益川敏英、CはNicola Cabibboに由来します。
小林・益川理論は、1963年にカビボが導入したクォーク混合の考え方を
3世代のクォークへ拡張したものとして理解すると、研究の流れが見えやすくなります。

特に重要なのは、この理論が「CP対称性の破れ」を説明するためには
クォークが3世代必要であることを予言した点にあります。

BCS理論のBがバーデン教授であるようにCKM行列の
Kが小林博士という訳です。また、
反応の対象となるのは亜原子と呼ばれる素粒子で
大きさスケールで考えたら
「原子核の構成要素のサイズ」
だと考えて大きな間違いはありません。

初学者はむしろ、空間的な大きさよりも
相互作用の反応が及ぶ距離や
ファインマンダイアグラムと呼ばれる
反応の順序（過程）を大事にしてください。
無論、波動関数が空間的に広がっていく様子を
大まかに把握しておくことは有益です。

小林は名古屋大学の坂田晶一の指導の元で博士号をとります。当時の研究テーマは「軽粒子ハドロン散乱と流れ代数和則」でした。その後は京都大学などで研究を重ねますが、更に人脈に恵まれ増川敏英らと議論研究を続けます。加速器を使った理論物理学の発展をしていきます。加速器で個別粒子のエネルギー状態を通常と異なるレベルにして、そうした状態の挙動から知見を得るのです。

研究対象の亜粒子は弱い相互作用に関与するウィーク・ボゾンとクォークで、反応の前後を「CKM行列」を使って定式化したわけです。

また、
小林誠は教育に関して発言してます。2008年に教科書検定に対して政治家に「読む気を失わせる」内容だと意見しているのです。その意見は多くの人に納得出来るものです。

理論の初学者が理論体系を理解していく作業では、興味関心を持って「体系が分かったぞ」と思えることが最重要です。例えばニュートンの力学系が理解出来て実験結果に合致していくモデルは後に仕事をしていく上で活用できます。業務の体系を早く理解して論理的に作業や交流が出来るのです。

ただし理路整然と物事が理解、感動出来るのは一部の生徒だけで、
多くの生徒は体系の理解が面倒で、理解するだけで疲れて
何も残らないものです。

より重要なのは「体系が納得出来るストーリー」だと小林は説きました。
私が考えても「構築された理論の体系性」よりも
「理論で感動出来るストーリー」なのだと思えます。
お仕着せの学習で生徒の作業能力を高めるだけでは教育として不完全です。