今年は、核物理学の誕生から103周年にあたります。マンチェスター大学でのアーネスト・ラザフォード、ハンス・ガイガー、アーネスト・マースデンの実験により、原子は、負に帯電した電子が周回する、微小で正に帯電した原子核から成るという結論に至りました。
今年はまた、広島に投下された最初の原子爆弾から70周年にあたります。彼らの発見は核エネルギーを兵器として利用することにつながりましたが、多くの科学研究と同様に、ラザフォード、ガイガー、マースデンの実験の目的は、単に自然を理解することであったことを忘れてはなりません。そして彼らはそれを成し遂げ、世界の成り立ちに対する私たちの見方を永遠に変える理解をもたらしました。その理解はまた、多くの善をもたらしてきたものでもあります。
核物理学、世界を見る窓
原子の核模型からは、非常に多くの科学技術が生まれました。この模型に刺激を受けたデンマークの物理学者 ニールス・ボーア は、萌芽期にあった量子論を、原子の振る舞いを記述できる本格的な量子力学へと発展させました。さらにそれが、現代技術の多くへの道を切り開いてきました。中でも、言うまでもなくシリコンチップとコンピュータ化は代表的な例です。
ラザフォードの実験では、放射性崩壊によって生じる高速の アルファ粒子 が原子核から放出されるという性質を利用して、ヘリウム原子の原子核を他の原子核に衝突させました。
より高い制御性を得るため、アルファ粒子、陽子、電子といった物質の基本構成要素を他の対象に打ち込む粒子加速器が開発されました。当時はそれと知られていませんでしたが、これが、現在粒子物理学として知られる研究分野全体の出発点となりました。これら最初の加速器の子孫にあたるのが、CERN大型ハドロン衝突型加速器（LHC）などの装置であり、昨年そこでヒッグス粒子が発見されるなど、宇宙の理解へと着実に近づいています。
核物理学の理解はあらゆるものに浸透している
科学において一世紀は長い時間であり、物事の進展は速いものです。そう遠くない昔、私たちは皆、家庭に粒子加速器を持っていました。テレビに使われていたブラウン管がそれです。これらはLCD、LED、プラズマディスプレイに取って代わられましたが、その基盤は私たちが開発してきた 量子技術にあります。
今日、粒子加速器の応用として最も広く普及しているのは、おそらく、がん治療に用いる放射線治療装置という形で病院で使われているものでしょう。
さらに、X線、PET、CT、MRI、NMR、SPECTなど、メスを使わずに体の内部を観察できる画像診断のほぼすべてが、核物理学を基盤としています。
こうした技術の恩恵を受けたことがあるなら、多くの人々に感謝すべきでしょう。中でも特に、ただ「これは一体何だろう？」「もしも…だったら？」と問いかけた核物理学の先駆者たちには、感謝すべきです。
発電所から炭素年代測定まで
広島と長崎への原爆投下は、核物理学の利用として最も悪名高いものであり、70年前に世界に衝撃を与えました。核反応は極めて高いエネルギーを持ち、壊滅的な爆発力を生み出すように操作することができます。しかし、第二次世界大戦の原子爆弾も、星の内部で起きている核反応を模倣する現代の熱核兵器の破壊力に比べれば、ほとんど見劣りします。
あまり知られていませんが、核物理学は地球科学にも応用されています。グリーンランドと南極の氷床コアに含まれる酸素同位体の比を調べることで、地球の過去の気温記録を理解できるのは、核物理学の理解があるからです。同位体の追跡により、海流の流れ、水の乏しい地域の帯水層の性質、遠い昔に絶えた人類集団の移動、地球の地質学的進化、さらには星で起きていることの理解も助けられています。
科学の一分野を切り離して単独で捉えることは困難です。ある分野と別の分野を区別するために使う言葉は、人間が分類を助けるためのものにすぎず、自然はそのようには区別していません。核物理学は、多くの科学技術と非常に密接に絡み合っており、さらに前世紀においてその社会的・文化的影響を及ぼしてきたため、私たちが知り、利用するあらゆるものと結びついています。核物理学を恐れるのではなく、感謝すべきなのです。
本記事は The Conversationとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：ポール・スティーブンソンは、サリー大学のReaderです。
写真：サイモン・ベアード（左）は、CERNエンジニアリング部門の副部長であり、ジュネーブ近郊のメラン（Meyrin）にある欧州原子核研究機構（CERN）のLHCトンネルでの視察中に、ロイターの記者ロバート・エヴァンズと共に歩いています。REUTERS/Denis Balibouse
