ヒュー・デイヴィッド・ポリツァー：強い力を書き換えた大学院生

1973年、まだ大学教員の職を得るまでに何年もあったハーバード大学の大学院生が、クォーク（プロトンやニュートロンを構成する素粒子）が物理学者たちの予想とは真逆の振る舞いをすることを解明しました。クォーク同士が近づくほど、その間に働く力は弱くなるというのです。これは非常に奇妙な結果であったため、ポリツァーは当初、自分が計算ミスをしたのではないかと心配しました。しかし誤りではなく、プリンストン大学のデヴィッド・グロス（David Gross）とフランク・ウィルチェク（Frank Wilczek）によって同時に独立して導き出されたこの発見は、30年後に3人全員にノーベル賞をもたらすことになります。

ブロンクスにおける難民家族の息子

ヒュー・デイヴィッド・ポリツァー（Hugh David Politzer）は1949年8月31日、ニューヨーク市で生まれました。彼の家族には避難の歴史があり、両親はナチスによる占領に先立ち1939年にチェコスロバキアからイングランドへ逃れ、第二次世界大戦後にアメリカ合衆国へ移住していました。彼はアメリカのノーベル賞受賞者を数多く排出してきた有名な公立校であるブロンクス科学高校（Bronx High School of Science）に通い、1966年に卒業しました。その後、ミシガン大学で物理学の学士号を1969年に取得し、ハーバード大学の大学院へ進学。理論物理学者のシドニー・コールマン（Sidney Coleman）のもとで研究を行い、1974年に博士号を取得しました。

クォークの閉じ込めを解明した計算

ポリツァーの決定的な貢献は、博士号を取得する前に生まれました。1973年、まだ大学院生だった彼は、クォーク同士の距離が縮まるにつれて強い核力（プロトンやニュートロンの内部でクォークを結合させる力）に何が起こるかを計算しました。電磁気力や重力などの力から得られる従来の直感では、近距離では相互作用が強まるはずだと考えられていました。しかしポリツァーは逆の結果を発見しました。クォークが互いに接近すると、強い力は実際には弱くなるのです。この性質は「漸近的自由性」と呼ばれるようになりました。全く同じ時期に完全な独立のもと、プリンストン大学のデヴィッド・グロスと彼の大学院生フランク・ウィルチェクも同一の結論に達しました。ポリツァーが発表した論文は、グロスとウィルチェクの研究とともに1973年の『Physical Review Letters』誌に掲載され、素粒子物理学における真のパラドックスを解決しました。すなわち、強い力がクォークをプロトンのような素粒子の内部に永久に閉じ込めながらも、当時の物理学者たちが行っていた高エネルギー衝突実験においては、あたかもほとんど力が存在しないかのように振る舞う理由を説明したのです。高エネルギー衝突によって探索される極めて短い距離では、力は実際に弛緩するからです。この発見は、強い相互作用を記述する理論である量子色力学の基盤となる柱となりました。

ジュニアフェローからカルテック教授へ

博士号取得後、ポリツァーは1974年から1977年までの3年間、ハーバード・ソサエティ・オブ・フェローズのジュニアフェローとして過ごしました。これは若手研究者に授業負担を与えず研究に専念させる、非常に選考の厳しいポストドクターのポジションです。その後、カリフォルニア工科大学（Caltech）に移籍し、1975年に客員研究員として加わり、1976年に終身雇用権（テニュア）を取得、1979年には正教授に昇進しました。彼は1986年から1988年までカルテック物理学科の執行責任者を務め、最終的にはリチャード・チェイス・トールマン理論物理学教授の称号を保持しました。漸近的自由性のほかにも、ポリツァーはトーマス・アッペルクイスト（Thomas Appelquist）とともにチャモーニウム（チャームクォークとその反クォークの結合状態）に関する理論的予測に取り組み、1970年代における初期のクォーク物理学の分野にさらなる貢献を果たしました。

数十年後のノーベル賞

2004年のノーベル物理学賞は、「強い相互作用の理論における漸近的自由性の発見」により、ポリツァー、デヴィッド・グロス、フランク・ウィルチェクの3人に共同で授与されました。これは30年以上前の1973年に完成された業績を称えるものであり、理論的な結果が数十年にわたる実験的検証に耐えうることを確認するために、ノーベル委員会がいかに長い時間をかけることがあるかを象徴しています。ポリツァーはそれ以前にも同じ業績に対して賞を受けており、1986年のサクライ賞（理論素粒子物理学）、2003年の欧州物理学会高エネルギー素粒子物理学賞などを受賞しており、2011年にはアメリカ芸術科学アカデミーの会員に選出されました。

型破りな物理学者

素粒子物理学以外の分野におけるポリツァーの関心は、理論物理学者としては異例なほど公にされてきました。彼はバンジョーを演奏し、弦楽器の物理学についての研究を行い、専門的な訓練を趣味に応用しました。1980年代には、サブアトミック粒子にちなんだ「Professor Politzer and the Rho Mesons」という風刺的な名前のバンドでリードボーカルを務めました。また、マンハッタン計画を描いた1989年のハリウッド映画『Fat Man and Little Boy』には思いがけず出演し、物理学者のロバート・サーバー（Robert Serber）役を演じました。これにより、ある試算によれば彼のエルデシュ・ベーコン数は「5」となり、これは学術的共著関係の距離と映画共演関係の距離を組み合わせたユーモラスな指標です。

なぜヒューは天才と呼ばれるのか

ポリツァーの天才性を示す根拠は、彼がまだ学生時代に行った、単一の極めて直感に反する計算に基づいています。それは自然界の他のあらゆる力が物理学者に培ってきた直感に真っ向から反するものでした。短い距離で力が強くならず弱くなることを発見するには、まだ新しかった量子場理論の数学に対する技術的な習熟と、一見すると間違っているように思える結果を信じるに足る精神的独立性の両方が必要でした。この物語において最も誠実な事実上の複雑さは、その発見が彼だけのものではなかったということです。デヴィッド・グロスとフランク・ウィルチェクも独立してほぼ同時に同じ結論に達しており、ノーベル委員会が賞を3分割した決断は、ポリツァー自身の業績を減じるものではなく、その同時性を反映しています。ある分野でアイデアの準備が整ったときにこのようなほぼ simultaneous（同時）の発見が起きることは物理学ではよくあることであり、それは業績を消し去るものではなく、むしろ文脈を与えるものです。ポリツァーの洞察は、孤立した個人的閃光というよりは、量子色力学の背景にある数学が、ある意味で誰かが気づくのを待っていた結論の最も明晰な初期の定式化だったのです。

遺産

漸近的自由性は、素粒子物理学の標準模型における中核的なアイデアであり続けており、プロトンやニュートロンの内部、ならびに大型ハドロン衝突仙人（LHC）のような施設での高エネルギー粒子衝突の残骸において、クォークとグルーオンがどのように振る舞うかに関する現代の計算を支えています。ポリツァーは、彼の名を高めた発見のあとも何十年にもわたってカルテックでのキャリアを続け、理論物理学における業績を残すとともに、バンジョーの音響学からマンハッタン計画を描いたハリウッド映画の脇役出演に至るまで、異例なほど多岐にわたる課外の探求を繰り広げました。