小柴昌俊：星の死を聞いた男

日本の鉱山の深部に埋められた超純水のタンクは、陽子の崩壊を観測するために建設されたが、全く別のものを捉えた。大マゼラン雲で爆発した星から届いた一握りの幽霊粒子である。1987年のその瞬間、天文学は第二の感覚を獲得した。宇宙現象が光以外のものによって観測されたのは初めてのことであり、ニュートリノ天文学が存在することになった。その検出器をそのように建設するよう主張した物理学者は、学生時代には成績がクラスの最下位に近い方だった。

生い立ち

小柴は1926年9月19日、軍人である父・俊男と母・ハヤコの息子として豊橋に生まれた。母は彼が3歳の時に亡くなり、父は母の姉と再婚した。彼は横須賀で育ち、東京の高校に通った。彼の最初の情熱は物理学ではなくドイツ文学だった。彼自身の説明によれば、教師の落胆させるような発言に応えて転向したという。それはキャリアを方向転換させた悪意ある一言だった。第一高等学校では学業に苦しみ、ルームメイトの朽津耕三から家庭教師を受ける必要があった。

訓練

1951年に東京大学を卒業し、フルブライト奨学生として渡米し、1955年にロチェスター大学で物理学の博士号を取得した。1955年から1958年までシカゴ大学で研究員を務め、1959年から1962年までシカゴの高エネルギー物理学・宇宙線研究所の所長代理を務めた。日本での師は、自身もノーベル賞受賞者である朝永振一郎であり、彼は小柴の結婚の仲人も務めた。1950年代後半に美術館の学芸員である加藤京子と結婚し、一男一女をもうけた。

1958年に東京大学原子核研究所の助教授として戻り、1970年に教授に昇進し、1987年に名誉教授となった。その後、1987年から1997年まで東海大学で教鞭をとり、後に国際素粒子物理学センターのシニアカウンセラーを務めた。

カミオカンデ

小柴が中畑雅行や鈴木洋一郎らと設計した検出器は、いくつかの大統一理論が予測したように陽子が崩壊するかどうかという別の問いに答えるためのものだった。カミオカンデは陽子が死ぬのを見ることはなかった。しかし、適応させればニュートリノを記録することができた。ニュートリノは相互作用が非常に弱く、毎秒数兆個が人体を通り抜けても何の影響も与えないため、数千トンの遮蔽された水と多数の光電子増倍管が必要だった。

それは、ニュートリノが太陽での核融合によって生成されることを確認し、星を動かすプロセスの直接的な観測となった。また、太陽理論が要求するよりも少ない数しかカウントされなかった。その不足分（太陽ニュートリノ問題）は物理学における最も鋭い異常の一つとなった。太陽のモデルが間違っているか、ニュートリノが途中で何か変化を起こしているかのどちらかだった。

超新星1987A

そして1987年、大マゼラン雲で星が爆発し、カミオカンデはそのニュートリノを記録した。その重要性は誇張しすぎることはない。それまでの宇宙の観測はすべて電磁波で行われていた。ここでは、崩壊する核から直接放出された粒子によって報告された激しい星の死があり、光子では届けられない情報を運んでいた。ニュートリノ天文学はその検出から始まった。

スーパーカミオカンデ

より大きな後継機であるスーパーカミオカンデが1996年に稼働し、太陽ニュートリノの問題を解決した。それはニュートリノ振動を実証した。つまり、ニュートリノが飛行中に3つのタイプの間で変化することである。太陽は理論通りに正確に生成していた。以前の検出器は、途中で変化した種類に対して単に盲目だっただけである。質量を持つ粒子だけが振動できるため、この結果はニュートリノが質量を持たないという既存の仮定を覆し、標準模型の修正を余儀なくさせた。

評価

栄誉は絶え間なく続いた。1985年にドイツ連邦共和国功労勲章、1987年に朝日賞と仁科記念賞、1989年に日本学士院賞、1997年にフンボルト賞と文化勲章、2000年に物理学のウルフ賞を受賞した。2002年には「宇宙ニュートリノの検出という天体物理学への先駆的な貢献」により、レイモンド・デイビス・ジュニアおよびリカルド・ジャコーニと共にノーベル物理学賞を共同受賞し、同年パノフスキー賞、2003年にベンジャミン・フランクリン・メダルも受賞した。ノーベル賞発表の翌日、化学者の田中耕一が化学賞を受賞し、日本人受賞者間のノーベル賞受賞間隔としては最短となった。

2002年に杉並区名誉市民、2003年に東京都名誉都民となり、アメリカ物理学会のフェローに選出され、2003年に旭日大綬章を受章した。2005年には東京大学に小柴ホールが開設され、2003年には小柴賞が創設された。

晩年

小柴の学生に対する信頼は有名かつ具体的だった。「私の仕事を受け継いだ弟子の中で、ノーベル賞を受けるに値するのは2人いる」と彼は言い、戸塚洋二と梶田隆章を指した。梶田は2015年に振動の研究で物理学賞を受賞した。戸塚は受賞することなく亡くなり、2010年に小柴は彼の名を冠した賞を設立した。引退後はモーツァルトを聴き、恥ずかしげもなく熱中してビデオゲームをプレイし、自らを世界最高齢のゲーマーと呼び、『ファイナルファンタジー』をお気に入りとして挙げた。2020年11月12日、東京の江戸川病院にて94歳で死去した。

小柴が重要な理由

彼は当初の目的で失敗した実験を、宇宙を見る全く新しい方法へと変えた。カミオカンデとその継承者は、ニュートリノを理論上の厄介者から天文学的な道具へと変え、ニュートリノが質量を持つという最初の確固たる証拠を物理学者に与え、標準模型にまだ修復されていない亀裂を入れた。ルームメイトから家庭教師を受けていたドイツ文学の学生は、最終的に世界に光以外の何かで星を観測する方法を教えたのである。