This is the Large Hadron Collider. It's 27 kilometers in circumference. It's the biggest scientific experiment ever attempted. Over 10,000 physicists and engineers from 85 countries around the world have come together over several decades to build this machine. What we do is we accelerate protons -- so, hydrogen nuclei -- around 99.999999 percent the speed of light. Right? At that speed, they go around that 27 kilometers 11,000 times a second. And we collide them with another beam of protons going in the opposite direction. We collide them inside giant detectors.
これがラージ ハドロン コライダです 外周が27キロメートルあります 史上最大の科学実験です 世界中の85ヵ国から 1万人以上の物理学者と技術者が集まり 数十年かけて この装置を建設しました この装置では陽子を加速します つまり水素の原子核を 光速の99.999999%まで 加速します このスピードでは27キロのループを 毎秒1万1千回周ります 陽子を 逆向きに周回している 別の陽子ビームと衝突させます 巨大な検出器の中でぶつけるのです
They're essentially digital cameras. And this is the one that I work on, ATLAS. You get some sense of the size -- you can just see these EU standard-size people underneath.
検出器は要するにデジタルカメラです このアトラス検出器のところで私は働いています 下のところに EU標準サイズの人間が 描いてあるので どんなサイズかおわかりいただけますね
(Laughter)
(笑)
You get some sense of the size: 44 meters wide, 22 meters in diameter, 7,000 tons. And we re-create the conditions that were present less than a billionth of a second after the universe began up to 600 million times a second inside that detector -- immense numbers. And if you see those metal bits there -- those are huge magnets that bend electrically charged particles, so it can measure how fast they're traveling. This is a picture about a year ago. Those magnets are in there. And, again, a EU standard-size, real person, so you get some sense of the scale. And it's in there that those mini-Big Bangs will be created, sometime in the summer this year.
どんなサイズか 幅が44メートル 直径が22メートルで 7000トンの重さ ここで再現される条件は 宇宙が誕生してから10億分の1秒以内に存在していたもの これを毎秒6億回 検出器の中で作り出します 非常に多数です この金属の塊が見えますが この巨大な磁石が 電荷を帯びた粒子を曲げて 粒子の速度を測定するものです この写真は1年前に撮った物で 磁石がそこに入っています EU標準サイズの本当の人間がいますね 大きさがわかることでしょう 今年の夏には この部分で ミニチュアのビッグ=バンが作られます
And actually, this morning, I got an email saying that we've just finished, today, building the last piece of ATLAS. So as of today, it's finished. I'd like to say that I planned that for TED, but I didn't. So it's been completed as of today.
実は 今朝メールをもらいました 今日アトラスの最後の部品の組みつけが 完了したと書いてありました つまり今日をもって完成をご報告します TEDにあわせて というわけではないですが 今日 完成しました
(Applause)
(拍手)
Yeah, it's a wonderful achievement. So, you might be asking, "Why? Why create the conditions that were present less than a billionth of a second after the universe began?" Well, particle physicists are nothing if not ambitious. And the aim of particle physics is to understand what everything's made of, and how everything sticks together. And by everything I mean, of course, me and you, the Earth, the Sun, the 100 billion suns in our galaxy and the 100 billion galaxies in the observable universe. Absolutely everything.
本当に すばらしいことです さて 「なんのために?」と思われるかもしれません なぜ 宇宙が誕生してから 10億分の1秒後の条件を作り出したいのか 素粒子物理学者には野望があります 素粒子物理の目的は全てのものが何からできていて どうしてバラバラにならないのかを理解することです 「全てのもの」とは 私とあなた、地球と太陽 銀河系にある一千億もの恒星や 観測可能な宇宙の中にある 何千億もの銀河までです 完全無欠に全てのものです
Now you might say, "Well, OK, but why not just look at it? You know? If you want to know what I'm made of, let's look at me." Well, we found that as you look back in time, the universe gets hotter and hotter, denser and denser, and simpler and simpler. Now, there's no real reason I'm aware of for that, but that seems to be the case. So, way back in the early times of the universe, we believe it was very simple and understandable. All this complexity, all the way to these wonderful things -- human brains -- are a property of an old and cold and complicated universe. Back at the start, in the first billionth of a second, we believe, or we've observed, it was very simple.
すると 「自分が何で出来ているかを知るのに 自分をよく見るだけじゃだめなの」と言われるかも知れません 実は 時間を遡っていくと 宇宙がどんどん熱くなって 密度がどんどん上昇します そしてどんどん単純になるということがわかっています なぜそうなるのかという理由は明らかではありませんが ともかくそうなっているのです そこで宇宙の初期まで遡っていくと 宇宙は単純で理解しやすくなると考えています 今の複雑で 素敵な物の全ては -- 人の頭脳などもそうです -- 時間がたって冷たくなって 複雑になった宇宙の特性です 10億分の1秒の初期まで戻れば とても単純になると考えていますし それは観測されていることでもあります
It's almost like ... imagine a snowflake in your hand, and you look at it, and it's an incredibly complicated, beautiful object. But as you heat it up, it'll melt into a pool of water, and you would be able to see that, actually, it was just made of H20, water. So it's in that same sense that we look back in time to understand what the universe is made of. And, as of today, it's made of these things. Just 12 particles of matter, stuck together by four forces of nature. The quarks, these pink things, are the things that make up protons and neutrons that make up the atomic nuclei in your body. The electron -- the thing that goes around the atomic nucleus -- held around in orbit, by the way, by the electromagnetic force that's carried by this thing, the photon. The quarks are stuck together by other things called gluons.
たとえ話をします 手のひらにのった一片の雪があります それを観察すると驚くほど複雑で 美しい物です それを暖めてやると とけて水滴になります そうすると これがH20すなわち水でできていた ことがわかります 同じ意味で宇宙が何からできているかを理解するために 時間を遡っていくわけです 今日わかっているところでは 宇宙はこういうものでできています 12種類の物質粒子が 4種類の力で結合しています このピンクのものがクォークで 陽子と中性子を作っていて それが体の中の原子核になります 電子は 原子核の周りを 回っている物ですが 電磁力によって定められた軌道に従って動いています その電磁力を伝えるのが これ 光子です クォーク同士をくっつけているのは グルーオンというほかのものです
And these guys, here, they're the weak nuclear force, probably the least familiar. But, without it, the sun wouldn't shine. And when the sun shines, you get copious quantities of these things, called neutrinos, pouring out. Actually, if you just look at your thumbnail -- about a square centimeter -- there are something like 60 billion neutrinos per second from the sun, passing through every square centimeter of your body. But you don't feel them, because the weak force is correctly named -- very short range and very weak, so they just fly through you.
そしてここにあるのが 弱い核力です いちばん馴染みがないことでしょう しかしこの力がなくては太陽は輝きません 太陽が輝くときには ニュートリノと呼ばれる粒子が 非常に大量に噴き出してきます 親指の爪を見ると -- およそ1平方センチですが そこには毎秒600億個ほどのニュートリノが 太陽から来て通り抜けていきます これが体のどこでも通り抜けます それに気付くことがないのは弱い力が まさに正しい名前だからです とても短距離の力でとても弱い だからあなたの体を通り抜けていく
And these particles have been discovered over the last century, pretty much. The first one, the electron, was discovered in 1897, and the last one, this thing called the tau neutrino, in the year 2000. Actually just -- I was going to say, just up the road in Chicago. I know it's a big country, America, isn't it? Just up the road. Relative to the universe, it's just up the road.
これらの粒子のほとんどは 前の世紀に発見されました 最初の粒子 電子は 1897年に発見されました そして最後の粒子 これはタウニュートリノと呼ばれますが 2000 年に発見されました シカゴの外れで発見されたと言おうと思っていたんです アメリカは大きい国ですからね 目と鼻の先で 宇宙全体に比べればほんの目と鼻の先のところで
(Laughter)
(笑)
So, this thing was discovered in the year 2000, so it's a relatively recent picture. One of the wonderful things, actually, I find, is that we've discovered any of them, when you realize how tiny they are. You know, they're a step in size from the entire observable universe. So, 100 billion galaxies, 13.7 billion light years away -- a step in size from that to Monterey, actually, is about the same as from Monterey to these things. Absolutely, exquisitely minute, and yet we've discovered pretty much the full set.
この粒子が見つかったのが 2000 年 ですからこういう風にわかってきたのは最近のことです 私が素晴らしいと思っていることは 我々は どんなに小さい粒子も 全て発見してきたことです 観測可能な宇宙から始まって サイズには段階があります 1000億個の銀河から 137億光年の彼方から このモントレーまでのサイズの割合は このモントレーとこれらの粒子とのサイズの割合と同程度です。 実に驚くほど小さいのです そんな粒子たちをフルセットで発見できているのです
So, one of my most illustrious forebears at Manchester University, Ernest Rutherford, discoverer of the atomic nucleus, once said, "All science is either physics or stamp collecting." Now, I don't think he meant to insult the rest of science, although he was from New Zealand, so it's possible.
私のマンチェスター大学の先輩たちの中でももっとも著名である アーネスト=ラザフォードは 原子核を発見して語っています 「全ての科学は物理学か 切手集めのいずれかである」 彼が物理学以外を侮辱するつもりだったとは 思いませんが 何しろ彼はニュージーランド出身なので それもありえます
(Laughter)
(笑)
But what he meant was that what we've done, really, is stamp collect there. OK, we've discovered the particles, but unless you understand the underlying reason for that pattern -- you know, why it's built the way it is -- really you've done stamp collecting. You haven't done science. Fortunately, we have probably one of the greatest scientific achievements of the twentieth century that underpins that pattern. It's the Newton's laws, if you want, of particle physics. It's called the standard model -- beautifully simple mathematical equation. You could stick it on the front of a T-shirt, which is always the sign of elegance. This is it.
彼が言っていることは 我々の成果そのものにあてはまります まさに切手収集といえるのです オーケイ 粒子を集めました そのパターンの背後にある理由を理解しなければ どうしてそういう仕組みになっているのかわからなければ 本当に切手集めになってしまいます 科学をしたことになりません 幸いなことに 20世紀の最大の科学的な成果の中に その背後を理解する鍵になるものがあります いわば素粒子物理における ニュートンの法則です それは「標準モデル」と呼ばれる 美しくシンプルな数式です Tシャツの前にプリントすると エレガンスの象徴になるでしょう これです
(Laughter)
(笑)
I've been a little disingenuous, because I've expanded it out in all its gory detail. This equation, though, allows you to calculate everything -- other than gravity -- that happens in the universe. So, you want to know why the sky is blue, why atomic nuclei stick together -- in principle, you've got a big enough computer -- why DNA is the shape it is. In principle, you should be able to calculate it from that equation.
式を展開して衝撃映像をお見せしてしまったのは すこし意地悪でした しかし この式を使うと この宇宙でおこる 重力以外のすべてのことを計算できます なぜ空が青いのかということから なぜ原子核がばらばらにならないのかということ -- 原理的には 十分大きなコンピュータがあれば -- DNA の形がなぜそうなっているのかということまで 原理的に 全てはあの方程式から計算できます
But there's a problem. Can anyone see what it is? A bottle of champagne for anyone that tells me. I'll make it easier, actually, by blowing one of the lines up. Basically, each of these terms refers to some of the particles. So those Ws there refer to the Ws, and how they stick together. These carriers of the weak force, the Zs, the same. But there's an extra symbol in this equation: H. Right, H. H stands for Higgs particle. Higgs particles have not been discovered. But they're necessary: they're necessary to make that mathematics work. So all the exquisitely detailed calculations we can do with that wonderful equation wouldn't be possible without an extra bit. So it's a prediction: a prediction of a new particle.
しかし問題があります 問題点の分かる人はいますか? 正解者にはシャンパンを差し上げます もっと簡単にしましょう 中の一行を拡大してもっと簡単にしましょう 基本的に これらの項は 素粒子のいずれかを示しています 「W」は力「W」で結合の仕方を示します 同様に これらは弱い核力を表す「Z」です でも この方程式には余分な記号の「H」があります そう H です H はヒッグス粒子の意味です ヒッグス粒子はまだ見つかっていません しかし ないと困ります 数式が成り立つには 必要なのです この優雅で 緻密な計算を成り立たせて 素晴らしい方程式を使うには この余分な項が必要です これはすなわち予言です 新しい粒子を予言しています
What does it do? Well, we had a long time to come up with good analogies. And back in the 1980s, when we wanted the money for the LHC from the U.K. government, Margaret Thatcher, at the time, said, "If you guys can explain, in language a politician can understand, what the hell it is that you're doing, you can have the money. I want to know what this Higgs particle does." And we came up with this analogy, and it seemed to work. Well, what the Higgs does is, it gives mass to the fundamental particles. And the picture is that the whole universe -- and that doesn't mean just space, it means me as well, and inside you -- the whole universe is full of something called a Higgs field. Higgs particles, if you will.
この粒子は何をするのか よい例えを考える時間はたっぷりとありました 1980年代まで遡ります 我々は英国の政府に LHCの資金を求めていました 当時の マーガレット=サッチャーは言いました 「政治家にも分かる言葉で あなた方がやろうとしていることを 説明してくれたら お金を出しましょう そのヒッグス粒子とやらが何をするのか知りたいものです」 そこでこんなたとえ話をして 分かってもらえたようでした ヒッグス粒子は素粒子に質量を与えます 全宇宙は -- 単に宇宙空間だけではなくて 私もあなたの中身も -- 全宇宙はヒッグス場と呼ばれるもので満たされています ヒッグス粒子とも呼ばれます
The analogy is that these people in a room are the Higgs particles. Now when a particle moves through the universe, it can interact with these Higgs particles. But imagine someone who's not very popular moves through the room. Then everyone ignores them. They can just pass through the room very quickly, essentially at the speed of light. They're massless. And imagine someone incredibly important and popular and intelligent walks into the room. They're surrounded by people, and their passage through the room is impeded. It's almost like they get heavy. They get massive. And that's exactly the way the Higgs mechanism works. The picture is that the electrons and the quarks in your body and in the universe that we see around us are heavy, in a sense, and massive, because they're surrounded by Higgs particles. They're interacting with the Higgs field.
例えるなら 部屋にいる人々は ヒッグス粒子です 粒子が宇宙を動くと 粒子はヒッグス粒子と相互作用をします あまり有名でない人が部屋の中で動いても みんな気にも留めません 実質的に光のスピードで すばやく部屋を通り抜けることができます これが質量を持たないということです 次に 誰かとても重要で 人気があって頭の良い人が 部屋に入ってきたとしましょう みんなに取り囲まれてなかなか部屋を通り抜けることができません あたかも質量を獲得し 重くなったようなものです ヒッグスのメカニズムはそんな風に働きます 体の中や宇宙にある 電子とクォークは 身の回りにありふれていますが 重くて 質量を持つ粒子で それは ヒッグス粒子に囲まれているからと説明されます ヒッグス場と相互作用しているわけです
If that picture's true, then we have to discover those Higgs particles at the LHC. If it's not true -- because it's quite a convoluted mechanism, although it's the simplest we've been able to think of -- then whatever does the job of the Higgs particles we know have to turn up at the LHC. So, that's one of the prime reasons we built this giant machine. I'm glad you recognize Margaret Thatcher. Actually, I thought about making it more culturally relevant, but -- (Laughter) anyway. So that's one thing. That's essentially a guarantee of what the LHC will find.
この描像が正しければ ヒッグス粒子は LHC で見つけられなければなりません 正しくなければ -- 複雑に絡み合ったメカニズムなので これでも考えうる中で一番シンプルなのですが -- 我々の知るヒッグス粒子の役割が何であれ それは LHC において 明らかにされなければなりません ですからこの巨大な機械を建造した主な理由はこのことでした マーガレット=サッチャーについてはみなさんご存知のようでよかった もっとアメリカで知られた人で説明しようかと思っていました (笑) というわけで これが一つのお話でした これは LHC で発見されることが実質的に保証されています
There are many other things. You've heard many of the big problems in particle physics. One of them you heard about: dark matter, dark energy. There's another issue, which is that the forces in nature -- it's quite beautiful, actually -- seem, as you go back in time, they seem to change in strength. Well, they do change in strength. So, the electromagnetic force, the force that holds us together, gets stronger as you go to higher temperatures. The strong force, the strong nuclear force, which sticks nuclei together, gets weaker. And what you see is the standard model -- you can calculate how these change -- is the forces, the three forces, other than gravity, almost seem to come together at one point. It's almost as if there was one beautiful kind of super-force, back at the beginning of time. But they just miss.
他にもいろいろなことがあります 素粒子物理学の 大問題のいくつかについて聞かれたこともあるでしょう たとえば ダークマターやダークエネルギーなどです 他にもあります 自然の力は --非常に美しいものですが-- 時間を遡っていくと 強度が変わるようなのです。 力の強度は変わります 我々をくっつけている力である電磁力は 温度を上げると強くなります 強い力 強い核力は原子核をくっつけています これは弱くなります 標準モデルによって これらの力の変化を計算でき 重力以外の3つの力は ある一点で同じになるようです まるであたかも 時間の始まりのときには 美しい特別な力が一つだけ存在していたかのようです しかしそうはならない
Now there's a theory called super-symmetry, which doubles the number of particles in the standard model, which, at first sight, doesn't sound like a simplification. But actually, with this theory, we find that the forces of nature do seem to unify together, back at the Big Bang -- absolutely beautiful prophecy. The model wasn't built to do that, but it seems to do it. Also, those super-symmetric particles are very strong candidates for the dark matter. So a very compelling theory that's really mainstream physics. And if I was to put money on it, I would put money on -- in a very unscientific way -- that that these things would also crop up at the LHC. Many other things that the LHC could discover.
超対称性と呼ばれる理論があります この理論では粒子の数を標準模型の倍に増やします 見たところ これが理論を簡単にするようには見えないのですが 実は この理論に従えば 自然の力はビッグバンの時点に遡ったときに 全てが統一されることが分かっています どこまでも美しい予言です 予言のための モデルではなかったのですが そうなりそうです さらにこれらの超対称性の粒子は ダークマターのきわめて有力な候補なのです このように説得力のある理論が 今の物理学の主流になっています 私がお金を賭けるとしたら -- 科学的ではないのですが -- これらの粒子が LHC に突如現れるという方に賭けます LHC での発見が期待されるものは 他にもたくさんありますが
But in the last few minutes, I just want to give you a different perspective of what I think -- what particle physics really means to me -- particle physics and cosmology. And that's that I think it's given us a wonderful narrative -- almost a creation story, if you'd like -- about the universe, from modern science over the last few decades. And I'd say that it deserves, in the spirit of Wade Davis' talk, to be at least put up there with these wonderful creation stories of the peoples of the high Andes and the frozen north. This is a creation story, I think, equally as wonderful.
残り数分の間 私の考える素粒子物理学とは何かということ -- 素粒子物理学と宇宙論 -- について違う見方を紹介します 宇宙についての 天地創造論といってもよいような 素晴らしい物語が この数十年の現代の科学から生まれました ウェイド=デービスの話の主旨に沿って言えば アンデス山地や極北の地での 素晴らしい天地創造の物語と 同じように扱われてもよいものです この天地創造のお話も同じように面白い話です
The story goes like this: we know that the universe began 13.7 billion years ago, in an immensely hot, dense state, much smaller than a single atom. It began to expand about a million, billion, billion, billion billionth of a second -- I think I got that right -- after the Big Bang. Gravity separated away from the other forces. The universe then underwent an exponential expansion called inflation. In about the first billionth of a second or so, the Higgs field kicked in, and the quarks and the gluons and the electrons that make us up got mass. The universe continued to expand and cool. After about a few minutes, there was hydrogen and helium in the universe. That's all. The universe was about 75 percent hydrogen, 25 percent helium. It still is today.
こんな話です ご存知のように 宇宙は 137億年前に生まれました それは極めて熱く 物が詰まった状態の宇宙は 1個の原子よりも小さかったのです ビッグバンの100万の10億倍の10億倍の10億倍の10億倍分の1秒後には ビッグバンの100万の10億倍の10億倍の10億倍の10億倍分の1秒後には -- ちゃんと言えたかな -- 膨張がはじまりました 重力が他の力と分かれました そして 宇宙は急激に膨張し始めました それはインフレーションと呼ばれます 10億分の1秒後には ヒッグス場が登場してクォークや グルーオン 電子など 我々の材料は質量を獲得します 宇宙は膨張を続けて冷えていきます 数分後には 宇宙には水素とヘリウムが現れました これが全てです 宇宙の75%は水素で 25%はヘリウムでした 今でもそうです
It continued to expand about 300 million years. Then light began to travel through the universe. It was big enough to be transparent to light, and that's what we see in the cosmic microwave background that George Smoot described as looking at the face of God. After about 400 million years, the first stars formed, and that hydrogen, that helium, then began to cook into the heavier elements. So the elements of life -- carbon, and oxygen and iron, all the elements that we need to make us up -- were cooked in those first generations of stars, which then ran out of fuel, exploded, threw those elements back into the universe. They then re-collapsed into another generation of stars and planets.
それから[30万年]ほど そのまま膨らみ続けました そのときに宇宙を光が行き交うようになりました 十分大きくなったので光が透過するようになり これが宇宙の背景放射のマイクロ波として見えています ジョージ=スムートはこれを 神の顔が見えるようになったと述べています 4億年の後には最初の星ができました すると水素やヘリウムを材料にして 他の元素も作られ始めました 生命を作る元素である 炭素や酸素 鉄など 我々を作るのに必要な全ての元素は これらの第1世代の星が作りました 燃料がなくなった星たちは爆発して これらの元素を宇宙にばら撒きました それらがまた集まって次の世代の 星や惑星を作りました
And on some of those planets, the oxygen, which had been created in that first generation of stars, could fuse with hydrogen to form water, liquid water on the surface. On at least one, and maybe only one of those planets, primitive life evolved, which evolved over millions of years into things that walked upright and left footprints about three and a half million years ago in the mud flats of Tanzania, and eventually left a footprint on another world. And built this civilization, this wonderful picture, that turned the darkness into light, and you can see the civilization from space. As one of my great heroes, Carl Sagan, said, these are the things -- and actually, not only these, but I was looking around -- these are the things, like Saturn V rockets, and Sputnik, and DNA, and literature and science -- these are the things that hydrogen atoms do when given 13.7 billion years.
第1世代の星が作った酸素が水素と結合して 水となって表面を覆っている 惑星もありました その中の少なくとも一つ 唯一かもしれませんが の惑星上で原始的な生命が進化しました 長い年月を経て生命は 直立して歩くようになって足跡を残しました 350万年前のタンザニアの泥の低地でのことです ついには 別の世界にも足跡を残してきました この文明を築き このすばらしい写真のように 闇を明るく照らし出し 宇宙から見ても文明が見えるのです 私が尊敬するヒーローのひとり カール=セーガンは言っています これらの物は -- これだけではなく見渡す 全てのものは -- サターンV型ロケットやスプートニク DNAや文学や科学なども これらは全て水素原子が 137億年かけて成し遂げたのです
Absolutely remarkable. And, the laws of physics. Right? So, the right laws of physics -- they're beautifully balanced. If the weak force had been a little bit different, then carbon and oxygen wouldn't be stable inside the hearts of stars, and there would be none of that in the universe. And I think that's a wonderful and significant story. 50 years ago, I couldn't have told that story, because we didn't know it. It makes me really feel that that civilization -- which, as I say, if you believe the scientific creation story, has emerged purely as a result of the laws of physics, and a few hydrogen atoms -- then I think, to me anyway, it makes me feel incredibly valuable.
驚異としか言いようがありません そして そう 物理法則 正しい物理法則が 美しいバランスを保っています もしも弱い核力が少し違っていたら 炭素と酸素は星の中心では 安定ではなかったでしょう すると宇宙には存在しなかったかもしれません これは本当に素晴らしく 重要な物語だと 思います 50年前にはこの話をすることはできなかったでしょう そんなことはわかっていなかったからです 私は思うのですが 文明というものが 科学的な天地創造の話を 信じていただければ 純粋な物理の法則と水素原子との 結果として現れた文明は 私にとっては 実にかけがえのないものと感じます
So that's the LHC. The LHC is certainly, when it turns on in summer, going to write the next chapter of that book. And I'm certainly looking forward with immense excitement to it being turned on. Thanks.
だからこそ LHC なのです この物語の次の章は この夏に LHCが稼動したら書き記されるでしょう 私はじつに心底ワクワクして その稼動を楽しみにしています ありがとう
(Applause)
(拍手)