ヒッグス粒子の発見

物にはなぜ重さがあるのか。20世紀の物理学は、物質をつくる素粒子と、そのあいだに働く力を、一つの理論にまとめようとしていた。ところが、その理論の美しい形をそのまま使うと、素粒子はすべて重さを持たないことになってしまう。現実には、電子にも、力を運ぶ粒子の一部にも重さがある。この食い違いをどう埋めるかが、1960年代の大きな問題だった。

1964年、ベルギーのアングレールとブルー、イギリスのピーター・ヒッグス、アメリカとイギリスのグラルニク、ハーゲン、キブルの三人が、それぞれ別々に答えを出した。宇宙の隅々まで、目には見えない場が満ちている。素粒子はこの場と関わり合うことで、動きにくくなる。それが重さとして現れる、という考えである。中でもヒッグスは、この場が本当にあるなら、それに対応する新しい粒子が見つかるはずだと、はっきり書いた。最初に送った論文は学術誌に断られ、書き直す中で付け加えた一節だったという。その粒子は、のちに彼の名で呼ばれることになった。

ただし、この粒子を見つけるのは至難だった。生まれてもすぐに別の粒子に壊れてしまい、重さも分からない。見つけるには、粒子どうしをとてつもない勢いでぶつけ、膨大な数の衝突の中から、そのかけらの組み合わせを探すしかない。アメリカやヨーロッパの加速器が何十年も探したが、手が届かなかった。ある本の題からこれを「神の粒子」と呼ぶ人もいたが、ヒッグス自身はこの呼び名を好まなかった。

ジュネーヴ郊外、フランスとの国境の地下に、欧州原子核研究機構（略称はCERN）は一周27キロの巨大な加速器を造った。1990年代に使われていた前の加速器のトンネルを使い、陽子を光の速さに近いところまで加速して、正面からぶつける。2008年9月に運転を始めたが、9日後に磁石の接続部分が壊れて大量のヘリウムが漏れ、修理に1年以上かかった。本格的な衝突の実験が始まったのは2010年である。衝突は毎秒何億回にも及び、その記録は世界中の計算機に分けて調べられた。

この機構は1954年、戦争で荒れたヨーロッパの国々が、一国ではまかなえない大きな研究を共同で行うために作った機関である。戦争中にアメリカへ流れた科学者と頭脳を、ヨーロッパに取り戻す狙いもあった。ヨーロッパの物理学者の多くが、ナチスを逃れて海を渡り、原子爆弾の開発（マンハッタン計画）にも加わっていた。

衝突の場所には、アトラス（ATLAS）とシーエムエス（CMS）という二つの巨大な検出器が置かれた。それぞれ数千人の研究者が加わり、互いに結果を知らせないまま、別々の方法で探した。二つが同じ答えを出せば、偶然や装置の癖ではないと言える。2011年の暮れには、ある重さのところに小さな兆しが見え始めていた。

2012年7月4日、欧州原子核研究機構の講堂で開かれた発表会で、二つのチームは、陽子のおよそ130倍の重さのところに新しい粒子を見つけたと報告した。偶然でこうなる確率は数百万分の一以下という、物理学で発見と言える基準を、どちらも超えていた。会場には、83歳のヒッグスと、アングレールの姿があった。予言から48年。拍手の中で、ヒッグスは眼鏡を外して涙をぬぐった。翌2013年、アングレールとヒッグスはノーベル物理学賞を受けた（ノーベル賞の始まり）。共に理論を作ったブルーは、2011年にすでに世を去っていた。

ヒッグス粒子の発見で、素粒子の標準の理論が予言した粒子は、すべて見つかったことになる。ただし、この場が与えるのは素粒子の重さで、私たちの体や身の回りの物の重さの大部分は、陽子や中性子の中で素粒子を強く結びつける力のほうから来ている。宇宙の物質の大半を占めるとされる暗黒物質の正体など、標準の理論では説明できない謎も残っている。機構はいまもこの粒子の性質を詳しく調べ続けている。同じ研究所では、研究者どうしが情報を分け合うための仕組み（World Wide Web の誕生）も生まれた。巨大な装置を何十か国が共同で造り、理論の予言を半世紀かけて確かめた発見だった。