KEK理論センターで行なっている研究をインタビュー形式で紹介します。
今回は、超弦理論が我々の宇宙に与える制限を研究する濱田雄太助教です。
理論センター長の橋本省二が質問役を務めます。

橋本　ではよろしくお願いします。KEK理論センターの濱田雄太さんにお話を伺います。

濱田　よろしくお願いします。

橋本　どういう研究をなさっているかお聞きします。いま一番気に入っている研究について教えてください。

濱田　最近けっこうよくやっているのは量子重力の沼地問題（スワンプランド問題）と言われている話です。どこから説明すればいいか難しいですが、我々の世界の標準模型、それはもちろん量子力学と特殊相対理論を融合した理論なんですけれども、重力はまだその枠組みには入っていない。重力は一般相対性理論という枠組みになっているんですが、量子力学と一般相対論というのを融合したい。融合しないといけないんですが、それがまだできていないと。まだできていないんですがまあなんかあるであろうというのが量子重力理論というやつで、その量子重力理論は高エネルギーで実現されると思うんですけども、それが我々の世界とどう関係しているかがまだよく分からなくて、そこを研究しようと思っています。

橋本　どう関係しているというのは、今のところ見えないから問題ないとも言えると思うんですけど、それでも調べたいということ？

濱田　そうですね。見えなくてどうでもいいのかどうかを知りたいということですね。量子重力理論の一番有力な候補は超弦理論ですけれども、超現理論は10次元とかで定義される理論で、我々４次元なので6次元は小さなサイズでコンパクト化されてなきゃいけないというのがあるんですけど、ただどうコンパクト化されているのかというがほんとに自由でいくらでもやりようがある。ほんとにいくらでもやりようがあったら量子重力理論は低エネルギーに関係ないので、まあある意味我々低エネルギーの人にとってはどうでもいいんですけど、ただ実はどんなコンパクト化にも隠れたルールがあって、そのルールに従ってないような理論は低エネルギーに現れないんじゃないかという話が出まして、それを沼地問題といいます。

橋本　超弦理論というのはちゃんとあって、究極理論の候補ということになっているんだけど、実際に解こうと思うととても難しくて、きっとその解はこんなのだろうというのを調べてみると、あまりにいっぱいあってどれが本当の答えか分からないと。

濱田　そうですね。

橋本　で、浜田さんが調べようとしているのは、いっぱいあるかもしれないけどそれらにはきっと共通する性質があって、それはもしかしたら測定できるような効果があるかもしれない。

濱田　そう、そういうことです。

橋本　へえー。何か希望はあるんですか？ 例えばここを見ろとかいうような。

濱田　そうですね。まだその段階には至っていないんですけど。例えば、いま一番いろんなことが起こりそうなのはダークエネルギーですね。いま宇宙は加速膨張をしているんですけれども、超弦理論から加速膨張をする宇宙を出すというのはめちゃくちゃ大変で、多分まだ誰もちゃんとは達成したことがない。で、ほんとに超弦理論が現実を記述するには、これがなんとかなってなきゃいけないんですけど、そこらへんが、ダークエネルギーが時間依存しているのかどうかを調べれば分かってくるんじゃないかなあと思ってます。

橋本　ダークエネルギーがあると、宇宙が膨張しますと。

濱田　はい。

橋本　で、超弦理論では？

濱田　ダークエネルギーが正だと宇宙が膨張するんですけれども、負だと膨張はしなくて、超弦理論のいろんなコンパクト化は、負の方が好きなんですね、なぜか。

橋本　そうなんだ。じゃあ適当に作ってみると、すぐ終わっちゃう宇宙ばっかりできちゃう。

濱田　はい。

橋本　あ、それはいけませんね。

濱田　そうなんです。

橋本　それをどうにかしないといけないと。

濱田　はい。

橋本　で、さっき最初におっしゃった沼地問題というのは？

濱田　沼地というのは、とりあえず隠れたルールがあって、隠れたルールに従うところがいい低エネルギー理論で、隠れたルールに従わないところが悪い低エネルギー理論で、悪い低エネルギー理論のことを沼地っていうんです。なので、沼地に入っている低エネルギー理論というのは宇宙として存在できないと思います。

橋本　私たちは今、素粒子の標準模型というのを知っていて、それをもう少し拡張して高エネルギーまで使えるようにしたいと思ってるんだけど、そのやり方によっては沼にはまっていく可能性があると。

濱田　そうですね、沼にはまってるような拡張を考えちゃうとそれは量子重力理論からは出てこないので、そんなものは考えない方がいいですね。

橋本　なるほど。せっかく高いエネルギーまで使える理論を作ったと思ったら、実はそれは一般相対論と矛盾するというか、重力理論と矛盾するようなものができちゃって、それは私たちが目指しているものではないから、それはやめたほうがいいと、そういう指針を与えられるということですね。

濱田　そうですね。

橋本　それはすごい。そうするとその浜田さんの研究は、超弦理論を使った数学を一生懸命解いてこの宇宙を導出するというだけでなく、実験で測れるような現象を調べて標準模型を拡張するのでもなく、その両方を。

濱田　なんか繋げるみたいな。

橋本　へえー。

濱田　量子重力理論というのは、誰も定義していないので分からないんですけど、でも多分あるんですね。宇宙があるんで。なんかあるものを、宝探しじゃないんですけど、色々いろんな側面、超弦理論という側面から調べてもいいし、ブラックホールの側面から調べてもいいし、なんかあるけど分からないものを解明していこうと。

橋本　なるほど。そういう研究をしていて、次に出てきて欲しい実験とか観測の結果はどんなことですか？

濱田　色々あるんですけど、隠れたルールで沼地とそれ以外に分けるって言いましたけど、その一つに対称性があるかないかというのがあるんですけど、対称性はまあなんか例えば、ニュートリノとかを例にしたときに、ニュートリノの数は保存するとかそういう。

橋本　ニュートリノの数は保存する。

濱田　はい。普通の解析力学で対称性があったら保存則がある、みたいな感じで、粒子の数に対する対称性があったら粒子の数が保存するというのが普通の場の理論ではあるんですけれども、量子重力理論では多分ない。そういうことが起きるとすると、いま我々は陽子は安定だと思ってますけれども、実際は不安定なはずです。究極的には。なので、神岡とかですね、陽子崩壊の実験でなんか出てきてくれるとうれしいですね。今の研究だとグローバル対称性がないことは分かるんですけど、じゃどのくらいないのかが分からないんです。ちょっと破れてるのがいいのか、ものすごくいっぱい破れてるのがいいのかというのが分からない。だから、陽子崩壊みたいなのが起きてどのくらい破れてるのかが分かってくるとうれしいという。

橋本　じゃ私たちがいま住んでいる世界で粒子の数が変わらないように見えるのというのは、たまたま今そうなのであって、理論が元々要求していることではない。それがいつかなんかうまいやり方をすると壊れてちゃんと見えるかもしれない、そういうこと。

濱田　そうです。

橋本　それは例えばカミオカンデかもしれないし、もしかしたら宇宙の観測で何か分かるかもしれない。

濱田　そうですね。どうなんでしょう…分かるかもしれない。

橋本　そういう研究をされてて、あ、ここは面白いなとか、自分で感じるところってありますか、まあ全部面白いんですけど。

濱田　そうですね。面白いと思うのは、今の沼地に入るか入らないかっていうやつで、なんか沼地に入らないものは超弦理論から得られないんですが、そういう理論、沼地にない理由というのがなんかあるんです。よく考えてみると。沼地に入ってない理論をもうちょっと詳しく調べてみると、健全な理論だったらユニタリー性とかそういう因果律とかあってほしい性質というのがあるんですけれども、細かく調べてみるとそういうのが実はすごい微妙に破れているみたいなことが起きていて、ちゃんとした理論なら沼地じゃないし、沼地の理論では実は隠れたところに綻びがあるみたいな、なんかそういうなんて言うんでしょうか、それをなぜか超弦理論はしっているみたいな。理論の精査を可能に。

橋本　理論の精査を可能に。

濱田　はい、それが面白いところです。

橋本　なるほど、そうなんだ。超弦理論はなんでも説明するとか言ってるけど、予言がないないという中で実はそれでもなにか説明できることがあって、それはいつかちゃんと実験で確認できるような何かかもしれない。

濱田　そうですね。最終的にはそうなってほしいですけども。

橋本　浜田さんはどうやってこの研究に行き着いたんですか？

濱田　あのーあんまり意識せずになんとなく勉強していたらそこに至ったんですけど、まあ大学の4年生か大学院入ったくらいの時に量子論というものを勉強して、そうしていくとだんだん弦理論というものを知って、それを勉強していくって感じ。私自身は最初からそこに行ったわけではなくて、最初は、最初というか今もやってますが、まあちょっと宇宙論というか宇宙初期のインフレーションはどのようにして起こったのかそういうことをやってました。そういうことを考えると、インフレーションというのはすごい初期宇宙の現象で、やっぱり見方にもよるんですけども、プランク量子重力の効果をほんとに無視していいのかどうかというのがすごい微妙なんですよね。だからそういう研究をちょっと真面目に考えようと思ったらやっぱり量子重力のほうにもいかないといけなくて、で、でもそしたらその瞬間世界が10次元とか言い出してなんかよく分からなくなるんですけど、やっぱりそこを何とか繋げないと先には進めないので、一遍にそういうことはできないですけれども、ちょっとずつ少しでも進めたらいいなと思ってやっています。

橋本　浜田さんは理論センターにいらして今3か月くらいかな。

濱田　そうですね、はい。

橋本　理論センターにいらして、印象に思ったことありますか。

濱田　やっぱりすごい大きなグループだなと思います。これまで海外に何か所かいましたけどここまで大きいグループはなかなかないと思います。現象論があって弦理論があって宇宙もあって格子理論もあるというのは、こんな大きいグループはちょっと他ではあまり思いつかないですね。その辺でいろいろ分からないことがあったら話を聞けるというのはいい環境だなあと思います。

橋本　なるほど。この間までハーバードにいらしたんですよね。そちらの雰囲気はどんな感じでしたか？

濱田　そっちもけっこう楽しいです。ここまで人数は多くないんですけれども、しかもコロナでけっこうミーティングとかも少人数になったりしてるんですけども、色々話ながら議論したりとか、あとはセミナーとかに行くとお昼ごはんが出てくるので、お昼ごはん目当てでみんな来て。

橋本　そうなんだ。それいいですね。

濱田　そうなんです、はい。

橋本　じゃあその辺にサンドイッチとか置いてあって、自分で持ってきて食べながら、そこおかしいじゃないかとか言ったりする。

濱田　そうです、はい。

橋本　それはいいですね。うちでもそういうのやりますかね。

濱田　そうなるとうれしいですけど。

橋本　楽しいお話を聞かせてくださってありがとうございました。これからも、どんどんご活躍されると思うので期待しています、ぜひよろしくお願いします。

濱田　よろしくお願いします。

橋本　今日はどうもありがとうございました。