未知の素粒子探索
素粒子に働く力には電磁気力、強い力、弱い力、重力の４種類があります。そのうち、重力以外の力は標準模型と呼ばれる物理モデルで記述することができ、これまでに標準模型が予言した全ての素粒子が発見されています。しかし、標準模型粒子が宇宙のエネルギーに占める割合はたった５パーセントで、残りの２７パーセントは未知の素粒子である暗黒物質であることがわかっています（６８パーセントは未知のエネルギーである暗黒エネルギー）。そのため、暗黒物質について理解しなければ、宇宙の成り立ちについて理解することはできません。近年、現存の粒子加速器のエネルギーでも探索可能な比較的軽い質量領域に、未知粒子（暗黒物質、媒介粒子、新たな荷電粒子）が属する「暗黒セクター」が存在し、標準模型世界との間に微弱な相互作用を持つと考える理論が注目を集めています。私は宇宙創成の謎を解明するために、EBES実験とFASER実験で暗黒セクターに属する未知粒子の探索を行っています。
- EBES実験 EBES実験は、暗黒セクターに属する未知粒子の有力候補であるアクシオンを探索するための実験です。この実験では、高エネルギー加速器研究機構の電子・陽電子線形加速器(LINAC)からの電子をタングステン標的にぶつけ、電子とタングステンとの相互作用で生成されるアクシオンを探索します。我々は、2025年頃の実験開始を目指して、実験セットアップの開発を進めています。そのために、光検出器や粒子シミュレーションなどの開発に取り組んでいます。詳しくは、以下の紹介動画と[EBES実験のページ]へ。
- FASER実験 大型ハドロン衝突型加速器(LHC)は、欧州原子核研究機構(CERN)に設置されている陽子・陽子衝突形加速器です。FASER実験は、LHCの陽子・陽子衝突によって暗黒セクターに属する未知粒子を生成し、480m離れた場所に設置してある検出器で信号の検出を目指しています。私はジュネーブ大学、CERN、九州大学と協力して、これらの測定に必要となる半導体検出器の開発を行っています。詳しくは、[FASER Japanのページ]へ。
素粒子反応における量子力学的効果の研究
量子力学はミクロの世界を支配する物理法則で、粒子の波動性・粒子性、量子もつれなどの人間の直観ではとらえ難い性質を持っています。量子力学の概念は量子コンピュータなどの先端技術にはなくてはならないものとなっています。しかし、解明されていな部分も多く、観測量が量子状態の固有値を超えて増幅される「弱値増幅」などの新たな性質も発見されています。私は素粒子反応における量子力学の効果を検証・応用するための研究に取り組んでいます。また、量子コンピュータを活用した量子力学的効果の観測と分析にも取り組もうとしています。素粒子のデータ解析技術を応用した計量言語学の研究
計量言語学・計算言語学の分野では、。事前言語の文章を構造化し、大規模に集積したコーパスを用いて、テキストの性質を数理的に分析する研究を行っています。その一方で、離散数学や統計学を積極的に活用したテキストの数理的解析には発展の余地が多分に残されています。特に、自然言語の普遍的性質を理解する上で、さまざまに提唱されている法則との一致度合いを評価することが重要となっています。素粒子実験分野では膨大な実験データを数値処理し、実験データと物理模型との一致度合いについて統計学を駆使して定量的に評価します。それによって、さまざまに提案されている物理模型を一定の判断基準で支持・棄却しています。このような高度な数値解析を支えるために、素粒子実験分野ではデータ解析のためのソフトウェアが独自に開発しています。
私は[国立国語研究所]と[東京学芸大学]の研究者と協力して、素粒子実験で用いられているデータ解析の技術を、自然言語の数理的解析に導入するための研究を行っています。また、近年急速に発展を遂げている大規模言語モデルを用いた言語解析にも取り組んでいます。