Why our universe might exist on a knife-edge | Gian Giudice

ジャン・ジュディチェ: ヒッグス粒子が語りかける宇宙の運命

翻訳: Reiko Bovee 校正: Tomoyuki Suzuki

So last year, on the Fourth of July,

去年の７月４日は

experiments at the Large Hadron Collider

「大型ハドロン衝突加速器(LHC)」 の実験で

discovered the Higgs boson.

ヒッグス粒子が発見された 歴史的な日でした

It was a historical day.

ヒッグス粒子が発見された 歴史的な日でした

There's no doubt that from now on,

今後は間違いなく

the Fourth of July will be remembered

７月４日は 米国独立記念日としてでなく

not as the day of the Declaration of Independence,

ヒッグス粒子発見の日として —

but as the day of the discovery of the Higgs boson.

少なくとも CERN ( 欧州原子核研究機構) では —

Well, at least, here at CERN.

そう記憶されるでしょう

But for me, the biggest surprise of that day

しかし その日に私が最も驚いたのは

was that there was no big surprise.

意外な結果が 発表されなかったことです

In the eye of a theoretical physicist,

理論物理学者にとって

the Higgs boson is a clever explanation

ヒッグス粒子の発見で

of how some elementary particles gain mass,

他の素粒子がどうやって質量を 得たのかがうまく説明できますが

but it seems a fairly unsatisfactory

それだけでは十分ではなく

and incomplete solution.

完全な答えだとは思えないのです

Too many questions are left unanswered.

あまりに多くの 疑問点が残されています

The Higgs boson does not share the beauty,

ヒッグス粒子は 他の素粒子のように

the symmetry, the elegance,

美しさ 対称性 優雅さを 持ち合わせていません

of the rest of the elementary particle world.

美しさ 対称性 優雅さを 持ち合わせていません

For this reason, the majority of theoretical physicists

この理由で理論物理学者の大半は 今回 発見された —

believe that the Higgs boson could not

ヒッグス粒子以外に もっと何かがあるはずだと

be the full story.

確信しています

We were expecting new particles and new phenomena

ヒッグス粒子に伴う 新しい素粒子や

accompanying the Higgs boson.

現象を期待していたのです

Instead, so far, the measurements

しかし現在のところ LHCでの測定値からは

coming from the LHC show no signs of new particles

新しい素粒子や 予期しない現象の兆候は

or unexpected phenomena.

検知されていません

Of course, the verdict is not definitive.

勿論 これで はっきり決まった 訳ではありません

In 2015, the LHC will almost double

2015年にLHCは

the energy of the colliding protons,

陽子を現在の２倍近い エネルギーで衝突させ

and these more powerful collisions

このさらに高エネルギーの衝突で

will allow us to explore further the particle world,

粒子の世界を もっと探索出来

and we will certainly learn much more.

もっと色々な事が 解るでしょう

But for the moment, since we have found

今の所　 新しい現象の証拠は

no evidence for new phenomena, let us suppose

見つかっていないので

that the particles that we know today,

今見つかっている ヒッグス粒子を含む 素粒子だけが

including the Higgs boson,

今見つかっている ヒッグス粒子を含む 素粒子だけが

are the only elementary particles in nature,

自然界に存在する 全ての素粒子だと仮定しましょう

even at energies much larger

さらに高エネルギーで探索しても

than what we have explored so far.

これだけだと仮定するわけです

Let's see where this hypothesis is going to lead us.

その仮定ではどうなるか 考えて見ましょう

We will find a surprising and intriguing result

宇宙に関して 驚くべき面白い 結果が分かるでしょう

about our universe, and to explain my point,

これを説明するために

let me first tell you what the Higgs is about,

まず ヒッグス粒子が どんなものかお話しします

and to do so, we have to go back

それにはビッグバンの

to one tenth of a billionth of a second

百億分の１秒後に 戻らなければなりません

after the Big Bang.

百億分の１秒後に 戻らなければなりません

And according to the Higgs theory,

ヒッグス理論によると

at that instant, a dramatic event took place

その瞬間 宇宙では 劇的な事が起きました

in the universe.

その瞬間 宇宙では 劇的な事が起きました

Space-time underwent a phase transition.

時空が相転移したのです

It was something very similar to the phase transition

それは摂氏零下になった時に

that occurs when water turns into ice

水が氷に変わることに 非常によく似ていますが

below zero degrees.

水が氷に変わることに 非常によく似ていますが

But in our case, the phase transition

時空の相転移は

is not a change in the way the molecules

物質内の分子の並び方が 変化するのとは異なり

are arranged inside the material,

物質内の分子の並び方が 変化するのとは異なり

but is about a change

時空を織り成すもの そのものの変化なのです

of the very fabric of space-time.

時空を織り成すもの そのものの変化なのです

During this phase transition, empty space

この相転移の間 何もなかった空間は

became filled with a substance

ヒッグス場と呼ばれるもので 埋め尽くされました

that we now call Higgs field.

ヒッグス場と呼ばれるもので 埋め尽くされました

And this substance may seem invisible to us,

これは見えない かもしれませんが

but it has a physical reality.

明らかに存在し

It surrounds us all the time,

常に私たちの周りにあります

just like the air we breathe in this room.

この部屋の空気の様なものです

And some elementary particles interact

素粒子の中には

with this substance, gaining energy in the process.

ヒッグス場と相互作用を起こし エネルギーを得るものもあります

And this intrinsic energy is what we call

この内在するエネルギーこそが

the mass of a particle,

粒子の「質量」なのです

and by discovering the Higgs boson, the LHC

ヒッグス粒子の発見により

has conclusively proved that this substance is real,

LHCはこの場の存在が 正しいと結論を出したのです

because it is the stuff the Higgs bosons are made of.

ヒッグス粒子を生み出すものだからです

And this, in a nutshell, is the essence of the Higgs story.

これがヒッグスに関する 簡単な説明です

But this story is far more interesting than that.

しかし この話は それよりもっと面白いのです

By studying the Higgs theory,

ヒッグス理論を研究する

theoretical physicists discovered,

理論物理学者は

not through an experiment

実験からでなく

but with the power of mathematics,

数学の力で

that the Higgs field does not necessarily exist

ヒッグス場は必ずしも 今日 見る様な姿で

only in the form that we observe today.

存在するとは限らないと 発見したのです

Just like matter can exist as liquid or solid,

物質が液体や固体の状態で 存在する様に

so the Higgs field, the substance that fills all space-time,

時空を埋め尽くすヒッグス場も

could exist in two states.

２種類の状態で 存在するかもしれません

Besides the known Higgs state,

既知のヒッグスの状態以外の

there could be a second state in which the Higgs field

もう１つの状態のヒッグス場は

is billions and billions times denser

現在見られるより何十億倍の そのまた何十億倍もの高密度で

than what we observe today,

現在見られるより何十億倍の そのまた何十億倍もの高密度で

and the mere existence of another state

この様なヒッグス場存在そのものが

of the Higgs field poses a potential problem.

問題であるかもしれません

This is because, according to the laws

なぜなら量子力学の法則によると

of quantum mechanics, it is possible

２つの状態を隔てる

to have transitions between two states,

エネルギー障壁があっても

even in the presence of an energy barrier

その２つの状態の間に —

separating the two states,

転移があり得 —

and the phenomenon is called,

その現象を —

quite appropriately, quantum tunneling.

とても適切な呼び名ですが 量子トンネル現象と呼びます

Because of quantum tunneling,

量子トンネル効果で

I could disappear from this room

私もこの部屋から壁を通り抜け

and reappear in the next room,

私もこの部屋から壁を通り抜け

practically penetrating the wall.

隣の部屋に 現れる事があり得はしますが

But don't expect me to actually perform the trick

今 実際 私がそれをやるのを 期待しないで下さい

in front of your eyes, because the probability

なぜなら私が壁を通り抜ける

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

その可能性の確率は 驚く程 微々たるもので

You would have to wait a really long time

起きるのを待っていたら 気の遠くなる程

before it happens, but believe me,

待たなくてはなりません

quantum tunneling is a real phenomenon,

とは言っても 量子トンネル効果は 現実の現象です

and it has been observed in many systems.

あらゆるシステムで見られます

For instance, the tunnel diode,

例えば トンネルダイオードなどの

a component used in electronics,

電子機器に使われる部品がそうです

works thanks to the wonders

量子トンネル効果の

of quantum tunneling.

驚異の力のお陰です

But let's go back to the Higgs field.

ヒッグス場にもどります

If the ultra-dense Higgs state existed,

超高密度のヒッグス場が 存在するなら

then, because of quantum tunneling,

量子トンネル効果で —

a bubble of this state could suddenly appear

ある時 宇宙のある場所で この凝縮状態の泡が

in a certain place of the universe at a certain time,

突然現れる事が あるかもしれません

and it is analogous to what happens when you boil water.

それは水が 沸騰するのに似ていて

Bubbles of vapor form inside the water,

水蒸気の泡が水の中に出来

then they expand, turning liquid into gas.

膨張し液体が気体になるように

In the same way, a bubble of the ultra-dense Higgs state

量子トンネル効果により 超高密度のヒッグス状態の泡が

could come into existence because of quantum tunneling.

現れるかもしれません

The bubble would then expand at the speed of light,

この泡は光速で膨張し

invading all space, and turning the Higgs field

空間を満たし ヒッグス場を それまでの状態から

from the familiar state into a new state.

新しい状態へと変えます

Is this a problem? Yes, it's a big a problem.

これは問題でしょうか？ そうです　大きな問題です

We may not realize it in ordinary life,

普段 生活では 気がつかないでしょうが

but the intensity of the Higgs field is critical

ヒッグス場の強度は 物質構成に

for the structure of matter.

決定的に作用します

If the Higgs field were only a few times more intense,

もしヒッグス場が ほんの数倍強かったなら

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

原子は収縮し

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

原子核内で中性子は崩壊し 原子核はバラバラになり

and hydrogen would be

水素だけが

the only possible chemical element in the universe.

宇宙の元素となるでしょう

And the Higgs field, in the ultra-dense Higgs state,

超高密度のヒッグス状態での ヒッグス場は

is not just a few times more intense than today,

今より数倍の強度だけでなく

but billions of times,

何十億倍も強いものです

and if space-time were filled by this Higgs state,

もし時空がこのヒッグス状態で 埋まっているなら

all atomic matter would collapse.

原子物質は全て 崩壊するでしょう

No molecular structures would be possible, no life.

どんな分子構造ももちろん 生命などあり得ないでしょう

So, I wonder, is it possible

それで未来には ヒッグス場が相転移を起こし

that in the future, the Higgs field

量子トンネル効果の結果

will undergo a phase transition and,

このように大変な

through quantum tunneling, will be transformed

超高密度の状態に

into this nasty, ultra-dense state?

変わる事があり得るか?

In other words, I ask myself, what is the fate

言い換えると 我われの住む宇宙の

of the Higgs field in our universe?

ヒッグス場の運命を 疑問に思うわけです

And the crucial ingredient necessary

この質問の答の

to answer this question is the Higgs boson mass.

決定的要因は ヒッグス粒子の質量です

And experiments at the LHC found that the mass

LHCでの実験で ヒッグス粒子の質量は

of the Higgs boson is about 126 GeV.

約126 GeV だと分りました

This is tiny when expressed in familiar units,

日常使われている 単位からすると

because it's equal to something like

10⁻²²グラム位にしか

10 to the minus 22 grams,

匹敵しない 小さなものですが

but it is large in particle physics units,

１本のDNAを構成する 総分子の重さと等しいので

because it is equal to the weight

素粒子物理学の単位では

of an entire molecule

素粒子物理学の単位では

of a DNA constituent.

大きなものです

So armed with this information from the LHC,

LHCからの情報を使い

together with some colleagues here at CERN,

CERNの仲間と共に

we computed the probability

私たちの宇宙が

that our universe could quantum tunnel

超高密度のヒッグス場に

into the ultra-dense Higgs state,

量子トンネル現象を 起こす確率を計算したら

and we found a very intriguing result.

面白い結果がでました

Our calculations showed

計算されたヒッグス粒子の —

that the measured value of the Higgs boson mass

質量はとても特別なものだと —

is very special.

分ったのです

It has just the right value

宇宙を不安定な状態に しておくのに —

to keep the universe hanging

その質量は丁度の値なのです

in an unstable situation.

その質量は丁度の値なのです

The Higgs field is in a wobbly configuration

ヒッグス場は今まで 何とか存在して来た様な —

that has lasted so far

不安定な状態にありますが —

but that will eventually collapse.

いつかは崩壊するでしょう

So according to these calculations,

計算によると 私たちは

we are like campers

計算によると 私たちは

who accidentally set their tent

崖の上にテントを張った キャンパーの様なものです

at the edge of a cliff.

崖の上にテントを張った キャンパーの様なものです

And eventually, the Higgs field

最後にはヒッグス場は —

will undergo a phase transition

相転移を起こし —

and matter will collapse into itself.

物質は自己崩壊するでしょう

So is this how humanity is going to disappear?

これが人類滅亡のシナリオでしょうか？

I don't think so.

そうではないと思います

Our calculation shows that quantum tunneling

計算では ヒッグス場の 量子トンネル現象は

of the Higgs field is not likely to occur

10¹⁰⁰年内には起らない見込みです

in the next 10 to the 100 years,

10¹⁰⁰年内には起らない見込みです

and this is a very long time.

随分先の話です

It's even longer than

それはイタリアが

the time it takes for Italy to form a stable government.

安定した政府を築くより ずっと先の話です

(Laughter)

（笑）

Even so, we will be long gone by then.

そうだとしても それまでには人類は絶えているでしょう

In about five billion years,

今から約50億年後には

our sun will become a red giant,

私たちの太陽は赤色巨星になり

as large as the Earth's orbit,

地球軌道に迫るほど膨張します

and our Earth will be kaput,

そうなれば 地球はおしまいです

and in a thousand billion years,

１兆年後には —

if dark energy keeps on fueling

暗黒エネルギーが 今の割合で

space expansion at the present rate,

宇宙の拡張を加速していれば

you will not even be able to see as far as your toes,

周りのすべてが光速より速く 拡張しているでしょうから

because everything around you

私たちは自分の足元さえ

expands at a rate faster than the speed of light.

見ることはできないでしょう

So it is really unlikely

なので 人類は

that we will be around to see the Higgs field collapse.

ヒッグス場の崩壊を 見る事はあり得ないでしょう

But the reason why I am interested

ヒッグス場の転移に

in the transition of the Higgs field

私が関心を持つ理由は

is because I want to address the question,

ヒッグス粒子の質量が

why is the Higgs boson mass so special?

なぜそのような特別な値をしているか と問いかけたいからです

Why is it just right to keep the universe

なぜその質量の値が宇宙を —

at the edge of a phase transition?

相転移の瀬戸際の状態に して置くのに丁度なのでしょう

Theoretical physicists always ask "why" questions.

理論物理学者は常に 「なぜ」という質問を持ちます

More than how a phenomenon works,

現象がなぜ 起きるかというよりも

theoretical physicists are always interested in

理論物理学者が関心を持つのは

why a phenomenon works in the way it works.

現象がなぜ その様に起きるか ということです

We think that this these "why" questions

この「なぜ」という質問は 自然の根本的原理に関しての —

can give us clues

この「なぜ」という質問は 自然の根本的原理に関しての —

about the fundamental principles of nature.

ヒントをもたらしてくれると 理論物理学者は思うからです

And indeed, a possible answer to my question

実際 私の質問への答えは

opens up new universes, literally.

文字通り 新しい複数の宇宙へと 導いてくれるでしょう

It has been speculated that our universe

私たちの宇宙は 泡だった石鹸のような

is only a bubble in a soapy multiverse

多元宇宙の中の たった１つの宇宙にしかすぎず

made out of a multitude of bubbles,

その１つ１つの泡は

and each bubble is a different universe

独自の基本的な物理定数や

with different fundamental constants

物理の法則があると

and different physical laws.

憶測されています

And in this context, you can only talk about

こう考えると ヒッグス粒子の質量といっても

the probability of finding a certain value of the Higgs mass.

ある特定の値を発見する確率を 語ることしか今出来ません

Then the key to the mystery

その神秘の鍵は —

could lie in the statistical properties

多元宇宙の統計的特性に —

of the multiverse.

あるかもしれません

It would be something like what happens

それはビーチの砂浜で —

with sand dunes on a beach.

起きてる事に似ています

In principle, you could imagine to find sand dunes

原理的にはビーチに あらゆる傾斜角を有する

of any slope angle in a beach,

砂丘が存在するはずですが

and yet, the slope angles of sand dunes

しかし 典型的な傾斜角は

are typically around 30, 35 degrees.

30度から35度です

And the reason is simple:

その簡単な理由は

because wind builds up the sand, gravity makes it fall.

風が砂を積み上げ その後 重力で又滑り落ちるからです

As a result, the vast majority of sand dunes

その結果 砂丘の山の大半は

have slope angles around the critical value,

崩壊寸前の臨界値に 近い角度の傾斜にあるのです

near to collapse.

崩壊寸前の臨界値に 近い角度の傾斜にあるのです

And something similar could happen

多元宇宙のヒッグス粒子にも

for the Higgs boson mass in the multiverse.

同じ様なことが 起きているかもしれません

In the majority of bubble universes,

多元宇宙の殆どでは

the Higgs mass could be around the critical value,

ヒッグス粒子の質量は臨界値 に近く

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

ヒッグス場の宇宙崩壊寸前の 値なのかもしれません

because of two competing effects,

２つの競合する影響の結果

just as in the case of sand.

砂丘と似た現象が 起こっているのかもしれません

My story does not have an end,

この話の終わりは まだ分らないので —

because we still don't know the end of the story.

これで終わりではありません

This is science in progress,

進行中の科学です

and to solve the mystery, we need more data,

この謎を解くには まだもっとデーターが必要です

and hopefully, the LHC will soon add new clues

LHCが すぐに 新しい手がかりを

to this story.

もたらしてくれることを 期待します

Just one number, the Higgs boson mass,

ヒックス粒子の質量 ただこの数字だけですが

and yet, out of this number we learn so much.

これから分る事が多いのです

I started from a hypothesis, that the known particles

今まで探索された 範囲を超えてでも

are all there is in the universe,

宇宙にある素粒子は

even beyond the domain explored so far.

既知のものだけという 仮定から始めました

From this, we discovered that the Higgs field

これから分ったことは 時空を埋め尽くすヒッグス場は

that permeates space-time may be standing

宇宙崩壊寸前の

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

非常に不安定な状態に あるかもしれないことであり

and we discovered that this may be a hint

また私たちの宇宙は 多元宇宙という

that our universe is only a grain of sand

巨大なビーチの砂の１粒 でしかないのでは —

in a giant beach, the multiverse.

という手掛かりを得ました

But I don't know if my hypothesis is right.

この仮説が 正しいかどうか分りません

That's how physics works: A single measurement

これが物理の世界です たった１つの測定値が

can put us on the road to a new understanding

新しい宇宙の理解への道を 開いてくれるか

of the universe

新しい宇宙の理解への道を 開いてくれるか

or it can send us down a blind alley.

我々を行き詰まらせてしまうかです

But whichever it turns out to be,

どちらにせよ —

there is one thing I'm sure of:

はっきり言える事は１つ —

The journey will be full of surprises.

これからの探求の旅は 驚きで満たされているでしょう

Thank you.

有り難うございました

(Applause)

（拍手）