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  • Whoa, dude.

    翻訳: Satoshi Tatsuhara 校正: Lily Yichen Shi

  • (Laughter)

    おぉすごいな! このすごい方程式を見て いいねぇ

  • Check out those killer equations. Sweet.

    今から18分 できる限り式を使わず

  • Actually, for the next 18 minutes I'm going to do the best I can

    素粒子物理の美を説明します

  • to describe the beauty of particle physics without equations.

    サンゴは 学ぶ所が多く

  • It turns out there's a lot we can learn from coral.

    とても美しい 特異な生物です

  • A coral is a very beautiful and unusual animal.

    サンゴの突起は 無数のポリプの集合体です

  • Each coral head consists of thousands of individual polyps.

    ポリプは出芽と分岐を繰り返し

  • These polyps are continually budding and branching

    同じ遺伝子をもつ複製を作ります

  • into genetically identical neighbors.

    これを高知能なサンゴだとして

  • If we imagine this to be a hyperintelligent coral,

    個体を一つ選んで 気になる質問をしましょう

  • we can single out an individual and ask him a reasonable question.

    みんなと違って ちょうどその位置にいるのは

  • We can ask how exactly he got to be in this particular location

    なぜ?

  • compared to his neighbors --

    単なる偶然? 運命か何か?

  • if it was just chance, or destiny, or what?

    ポリプは 温暖化に苦言を呈してから

  • Now, after admonishing us for turning the temperature up too high,

    ばかな質問だと言うでしょう

  • he would tell us that our question was completely stupid.

    サンゴは意地悪になるんです

  • These corals can be kind of mean, you see,

    私もサーフィンで傷を負いました

  • and I have surfing scars to prove that.

    ポリプは続けます

  • But this polyp would continue and tell us

    「隣のポリプは 私の完全な複製物だ 私は

  • that his neighbors were quite clearly identical copies of him.

    すべての場所に

  • That he was in all these other locations as well,

    同時に存在し それぞれを体験する」

  • but experiencing them as separate individuals.

    サンゴにとって 多くの複製に分岐することは

  • For a coral, branching into different copies

    当然なので

  • is the most natural thing in the world.

    人類とは違い 高知能なサンゴらしく 量子力学を

  • Unlike us, a hyperintelligent coral

    理解します

  • would be uniquely prepared to understand quantum mechanics.

    量子力学の数学で 宇宙の仕組みが

  • The mathematics of quantum mechanics

    正確に表現され

  • very accurately describes how our universe works.

    現実が多くの可能性に分岐し続けることがわかります

  • And it tells us our reality is continually branching into different possibilities,

    まさにサンゴのようです

  • just like a coral.

    人類がこれを理解しがたいのは

  • It's a weird thing for us humans to wrap our minds around,

    一つの可能性しか経験しないからです

  • since we only ever get to experience one possibility.

    量子力学の奇妙さを示したのは

  • This quantum weirdness was first described

    シュレーディンガーの猫が最初です

  • by Erwin Schrödinger and his cat.

    猫なら

  • The cat likes this version better.

    こっちのほうが好きでしょう(笑)

  • (Laughter)

    放射性物質とシュレーディンガーが 箱に入っています

  • In this setup, Schrödinger is in a box with a radioactive sample

    量子力学の法則によれば 試料から

  • that, by the laws of quantum mechanics, branches into a state

    放射線が出る状態と

  • in which it is radiated and a state in which it is not.

    出ない状態に分岐します(笑)

  • (Laughter)

    放射した方では

  • In the branch in which the sample radiates,

    毒が放出されて シュレーディンガーは死んでいますが

  • it sets off a trigger that releases poison and Schrödinger is dead.

    他方の現実では生きたままです

  • But in the other branch of reality, he remains alive.

    二つの現実は 各シュレーディンガーが別々に経験します

  • These realities are experienced separately by each individual.

    各世界に 相手の世界は存在しません

  • As far as either can tell, the other one doesn't exist.

    人は一つの現実しか経験できず

  • This seems weird to us,

    別の現実を見られないので

  • because each of us only experiences an individual existence,

    奇妙に感じます

  • and we don't get to see other branches.

    シュレーディンガーと同様 私たちはサンゴのように

  • It's as if each of us, like Schrödinger here,

    多くの可能性に分岐します

  • are a kind of coral branching into different possibilities.

    量子力学の数学でわかるように

  • The mathematics of quantum mechanics tells us

    これが微小世界の仕組みです

  • this is how the world works at tiny scales.

    一言でいうと

  • It can be summed up in a single sentence:

    「起こりうる全てが起こる」

  • Everything that can happen, does.

    これが量子力学です

  • That's quantum mechanics.

    でも 全て起こるわけではありません

  • But this does not mean everything happens.

    ほかの物理学は 起こる事と起こらない事を

  • The rest of physics is about describing what can happen and what can't.

    示します

  • What physics tells us is that everything comes down to geometry

    物理学が示すのは 素粒子の相互作用と幾何学に

  • and the interactions of elementary particles.

    すべて行き着くということです

  • And things can happen only if these interactions are perfectly balanced.

    何かが起こるのは 相互作用が完全に平衡な場合

  • Now I'll go ahead and describe how we know about these particles,

    だけです

  • what they are and how this balance works.

    その粒子を知る方法 その実体

  • In this machine, a beam of protons and antiprotons

    平衡がどう作用するのか説明します

  • are accelerated to near the speed of light

    この装置では 陽子と反陽子のビームが

  • and brought together in a collision, producing a burst of pure energy.

    光速近くまで加速して衝突し

  • This energy is immediately converted into a spray of subatomic particles,

    一体化して 混じりけのないエネルギーが放射されて

  • with detectors and computers used to figure out their properties.

    原子より小さな粒子の放射に

  • This enormous machine --

    変換され

  • the Large Hadron Collider at CERN in Geneva --

    検出器とコンピュータで解析されます

  • has a circumference of 17 miles and, when it's operating,

    この巨大な加速器LHCは

  • draws five times as much power as the city of Monterey.

    ジュネーブのCERNにあり

  • We can't predict specifically

    一周27km

  • what particles will be produced in any individual collision.

    稼働時にはモントレー市の

  • Quantum mechanics tells us all possibilities are realized.

    5倍の電力を消費します

  • But physics does tell us what particles can be produced.

    衝突ごとに どの粒子が生まれるかは

  • These particles must have just as much mass and energy

    予測できません

  • as is carried in by the proton and antiproton.

    量子力学は すべての可能性が

  • Any particles more massive than this energy limit aren't produced,

    実在するといい 物理学は生成可能な粒子を示します

  • and remain invisible to us.

    生成された粒子のエネルギーは必ず

  • This is why this new particle accelerator is so exciting.

    陽子と反陽子が運ぶエネルギーに等しく

  • It's going to push this energy limit seven times

    このエネルギー限界を超える粒子は

  • beyond what's ever been done before,

    生まれず 目にできません

  • so we're going to get to see some new particles very soon.

    この新型加速器がすごいのは そこです

  • But before talking about what we might see,

    エネルギー限界が従来より7倍

  • let me describe the particles we already know of.

    高いのです

  • There's a whole zoo of subatomic particles.

    新しい素粒子はすぐ見つかります

  • Most of us are familiar with electrons.

    予測する前に

  • A lot of people in this room make a good living pushing them around.

    既知の素粒子について説明します

  • (Laughter)

    いわゆる「素粒子動物園」です

  • But the electron also has a neutral partner called the neutrino,

    電子は身近ですね

  • with no electric charge and a very tiny mass.

    みなさんは

  • In contrast, the up and down quarks have very large masses,

    これを使って

  • and combine in threes to make the protons and neutrons inside atoms.

    いい暮らしをしています(笑)

  • All of these matter particles come in left- and right-handed varieties,

    電子には中性の仲間がいます

  • and have antiparticle partners that carry opposite charges.

    無電荷で質量がとても小さいニュートリノです

  • These familiar particles

    アップクォークとダウンクォークは 質量が膨大で

  • also have less familiar second and third generations,

    三つで 陽子と中性子を作ります

  • which have the same charges as the first but have much higher masses.

    物質の素粒子には

  • These matter particles all interact with the various force particles.

    右回りと左回りがあり

  • The electromagnetic force interacts with electrically charged matter

    逆の電荷をもった反粒子が相棒です

  • via particles called photons.

    身近な素粒子には

  • There is also a very weak force

    聞き慣れない第2 第3世代があります 第1世代と電荷は同じですが

  • called, rather unimaginatively, the weak force ...

    質量ははるかに大きいものです

  • (Laughter)

    物質の素粒子は 力の素粒子と相互作用します

  • that interacts only with left-handed matter.

    「電磁力」は 電荷をもつ物質と相互作用します

  • The strong force acts between quarks

    光子という素粒子が媒介します

  • which carry a different kind of charge, called color charge,

    非常に弱い力もあります

  • and come in three different varieties: red, green and blue.

    安直に「弱い力」と呼ばれていて

  • You can blame Murray Gell-Mann for these names -- they're his fault.

    左回りの物質とだけ相互作用します

  • Finally, there's the force of gravity,

    「強い力」は クォークに働きます

  • which interacts with matter via its mass and spin.

    クオークは 色荷というチャージをもち

  • The most important thing to understand here

    色荷には 赤 緑 青の3種があります

  • is that there's a different kind of charge associated with each of these forces.

    この命名はマリー・ゲルマンの

  • These four different forces interact with matter

    あやまちです

  • according to the corresponding charges that each particle has.

    最後は「重力」です 質量とスピンを介して

  • A particle that hasn't been seen yet, but we're pretty sure exists,

    物質と相互作用します

  • is the Higgs particle, which gives masses to all these other particles.

    一番重要なのは 力ごとに

  • The main purpose of the Large Hadron Collider

    別のチャージが対応する

  • is to see this Higgs particle, and we're almost certain it will.

    ということです

  • But the greatest mystery is what else we might see.

    4種の力は その力に対応した

  • And I'm going to show you one beautiful possibility

    各素粒子のチャージに応じて 物質と作用します

  • towards the end of this talk.

    未発見ながら確実に存在するのが

  • Now, if we count up all these different particles

    ヒッグス粒子です 他の素粒子に質量を与えます

  • using their various spins and charges,

    LHCの主目的は

  • there are 226.

    ヒッグス粒子の発見です ほぼ確実ですが

  • That's a lot of particles to keep track of.

    ほかに何を発見できるかが 最大の神秘です

  • And it seems strange

    ここからは すごい可能性を一つ

  • that nature would have so many elementary particles.

    お話しします

  • But if we plot them out according to their charges,

    素粒子を

  • some beautiful patterns emerge.

    スピンやチャージを考慮して数え上げると226個です

  • The most familiar charge is electric charge.

    多いのです

  • Electrons have an electric charge,

    自然界にそれほど多種の素粒子が

  • a negative one,

    あるのは奇妙にも思えますが

  • and quarks have electric charges in thirds.

    チャージに基づいて描画すると

  • So when two up quarks and a down quark are combined to make a proton,

    美しいパターンが現れます

  • it has a total electric charge of plus one.

    一番身近なのは電荷ですね

  • These particles also have antiparticles, which have opposite charges.

    電子の電荷はマイナス1

  • Now, it turns out the electric charge

    クォークの電荷は1/3の倍数

  • is actually a combination of two other charges:

    アップクォーク二つと ダウンクォーク一つで

  • hypercharge and weak charge.

    陽子を作ります 電荷の合計はプラス1です

  • If we spread out the hypercharge and weak charge

    素粒子には 逆の電荷をもつ反粒子が存在します

  • and plot the charges of particles in this two-dimensional charge space,

    電荷は

  • the electric charge is where these particles sit

    別の二つのチャージの組み合わせです

  • along the vertical direction.

    ハイパーチャージとウィークチャージです

  • The electromagnetic and weak forces interact with matter

    2次元チャージ空間に

  • according to their hypercharge and weak charge,

    ハイパーチャージとウィークチャージを展開して 各粒子のチャージをプロットすると

  • which make this pattern.

    電荷は

  • This is called the unified electroweak model,

    縦方向に示されます

  • and it was put together back in 1967.

    ハイパーチャージとウィークチャージに基づいて

  • The reason most of us are only familiar with electric charge

    電磁力と弱い力が物質と

  • and not both of these is because of the Higgs particle.

    相互作用します

  • The Higgs, over here on the left, has a large mass

    これは

  • and breaks the symmetry of this electroweak pattern.

    1967年に統一された電弱統一モデルです

  • It makes the weak force very weak by giving the weak particles a large mass.

    身近なのは電荷だけで

  • Since this massive Higgs sits along the horizontal direction in this diagram,

    両方ではないのは ヒッグス粒子が原因です

  • the photons of electromagnetism remain massless

    左側にあるヒッグスは質量が大きくて

  • and interact with electric charge along the vertical direction

    電弱パターンの対称性を破ります

  • in this charge space.

    弱い素粒子の

  • So the electromagnetic and weak forces

    質量を大きくし 弱い力を弱めます

  • are described by this pattern of particle charges

    大質量のヒッグスが図の横方向に位置しているので

  • in two-dimensional space.

    電磁力を担う光子は質量をもたずに チャージ空間の縦方向で

  • We can include the strong force by spreading out its two charge directions

    電荷と相互作用を

  • and plotting the charges of the force particles in quarks

    します

  • along these directions.

    電磁力と弱い力は 2次元空間で

  • The charges of all known particles

    素粒子のチャージのパターンとして示されます

  • can be plotted in a four-dimensional charge space,

    強い力を2チャージ方向に展開して

  • and projected down to two dimensions like this so we can see them.

    クォークに働く力の素粒子のチャージを描くと

  • Whenever particles interact, nature keeps things in a perfect balance

    強い力を導入することができます

  • along all four of these charge directions.

    既知のすべての素粒子の

  • If a particle and an antiparticle collide,

    チャージを 4次元チャージ空間に描画して

  • it creates a burst of energy and a total charge of zero

    2次元に投影できます

  • in all four charge directions.

    素粒子が相互作用するとき 4チャージ方向で

  • At this point, anything can be created

    完全に平衡が保たれます

  • as long as it has the same energy and maintains a total charge of zero.

    粒子と反粒子が衝突すると エネルギーが放出されて

  • For example, this weak force particle and its antiparticle

    全4チャージ方向でチャージの和がゼロになります

  • can be created in a collision.

    エネルギーが同じで チャージの和がゼロであれば

  • In further interactions, the charges must always balance.

    何でも作れます

  • One of the weak particles could decay into an electron and an antineutrino,

    例えば この弱い力の粒子と反粒子は

  • and these three still add to zero total charge.

    衝突で生まれます

  • Nature always keeps a perfect balance.

    さらに相互作用しても チャージは常に平衡します

  • So these patterns of charges are not just pretty.

    弱い力は 電子と反電子ニュートリノに

  • They tell us what interactions are allowed to happen.

    崩壊しますが

  • And we can rotate this charge space in four dimensions

    三つのチャージの和はゼロのままです

  • to get a better look at the strong interaction,

    いつも完全に平衡が保たれます

  • which has this nice hexagonal symmetry.

    チャージパターンは綺麗なだけでなく

  • In a strong interaction, a strong force particle,

    どんな相互作用が発生し得るかを読み取れます

  • such as this one,

    4次元でこのチャージ空間を回転させれば

  • interacts with a colored quark, such as this green one,

    強い相互作用を見られます

  • to give a quark with a different color charge -- this red one.

    六角形状に対称です

  • And strong interactions are happening millions of times

    強い相互作用では 例えばこの強い力の素粒子が

  • each second in every atom of our bodies,

    例えばこの緑のカラークォークと相互作用して

  • holding the atomic nuclei together.

    別の色荷をもつ この赤いクォークとなります

  • But these four charges corresponding to three forces

    体中の原子では 毎秒

  • are not the end of the story.

    強い相互作用が 無数に発生して

  • We can also include two more charges corresponding to the gravitational force.

    原子核を一体に保っています

  • When we include these,

    3種の力に対応した4種のチャージだけでは

  • each matter particle has two different spin charges,

    終わりません

  • spin-up and spin-down.

    重力に対応した

  • So they all split and give a nice pattern in six-dimensional charge space.

    2チャージも導入できます

  • We can rotate this pattern in six dimensions

    このとき 物質の素粒子は それぞれ

  • and see that it's quite pretty.

    上下二つのスピンチャージをもちます

  • Right now, this pattern matches our best current knowledge

    6次元チャージ空間にすべて分かれて

  • of how nature is built at the tiny scales of these elementary particles.

    きれいなパターンを描きます

  • This is what we know for certain.

    6次元でパターンを回転させると

  • Some of these particles are at the very limit

    かなり綺麗になります

  • of what we've been able to reach with experiments.

    素粒子レベルの微小スケールで自然の仕組みを示す最有力の思想と

  • From this pattern

    これが一致

  • we already know the particle physics of these tiny scales --

    しています

  • the way the universe works at these tiny scales is very beautiful.

    確かに一致しています

  • But now I'm going to discuss some new and old ideas

    いくつかの素粒子で

  • about things we don't know yet.

    すでに装置限界に達しています

  • We want to expand this pattern using mathematics alone,

    微小スケールでの素粒子物理は

  • and see if we can get our hands on the whole enchilada.

    このパターンから明らかとなりました

  • We want to find all the particles and forces

    微小スケールの宇宙の仕組みは とても美しいのです

  • that make a complete picture of our universe.

    未知の世界について 新旧交えて

  • And we want to use this picture to predict new particles

    お話しします

  • that we'll see when experiments reach higher energies.

    数学だけを使い パターンを拡張して

  • So there's an old idea in particle physics

    全体像をつかめるか試します

  • that this known pattern of charges,

    宇宙を完璧に描く 素粒子と力を

  • which is not very symmetric,

    すべて見つけたいのです

  • could emerge from a more perfect pattern that gets broken --

    もっと高エネルギーの実験で見つかる

  • similar to how the Higgs particle breaks the electroweak pattern

    新しい素粒子を予測したいのです

  • to give electromagnetism.

    素粒子物理学には昔から

  • In order to do this, we need to introduce new forces

    対称性に欠ける この既知のチャージパターンは

  • with new charge directions.

    完璧なパターンが崩壊して生まれたという考えがあります

  • When we introduce a new direction,

    ヒッグス粒子が電弱パターンを破って

  • we get to guess what charges the particles have along this direction,

    電磁力を生むのと

  • and then we can rotate it in with the others.

    似ています そのためには 新しい力とチャージ方向を

  • If we guess wisely, we can construct the standard charges

    導入する必要があります

  • in six charge dimensions as a broken symmetry

    新しいチャージ方向を導入すれば

  • of this more perfect pattern in seven charge dimensions.

    素粒子のチャージが明らかになり ほかと一緒に

  • This particular choice corresponds to a grand unified theory

    回転可能になります

  • introduced by Pati and Salam in 1973.

    上手くやれば6チャージ次元の標準的なチャージが

  • When we look at this new unified pattern,

    もっと綺麗な7チャージ次元パターンの対称性を