呉秀蘭、ジュネーヴ近郊にある欧州原子核研究機構（CERN）にて。CERNは大型ハドロン衝突型加速器（LHC）を擁する。背後の壁画には、呉と共同研究者らがかつてヒッグス粒子を発見した検出器が描かれている。PHOTOGRAPH BY THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE

マリア・ゲッパート＝メイヤーは1963年、原子核の殻構造を解明した研究でノーベル物理学賞を受賞した。もし異なる歴史が刻まれていたら、メイヤーに続いてノーベル物理学賞を受賞していたもしれない女性のひとりが、呉秀蘭（ウー・サウラン）だろう。

呉はウィスコンシン大学マディソン校のエンリコ・フェルミ・ディスティングイッシュト・プロフェッサーである。同時に、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）を擁する欧州原子核研究機構（CERN）で実験を行う研究員でもある。高エネルギー物理学の分野において、1,000本以上の研究論文に呉の名前は登場する。

また過去50年以上にわたり、この分野の最も重要な実験6件に貢献してきた。そして、若いころに自分で設定した「少なくとも3件は大発見をする」という、とうていあり得ないような目標さえも達成してしまった。

素粒子物理学における大発見を連発

呉は、第4のクォーク［編註：陽子や中性子などを構成する最も小さい単位である素粒子の一種］の存在を示すジェイプサイ中間子を観測した2グループのうちのひとつの主要メンバーだった。そのクォークは現在ではチャームと呼ばれている。

1974年のこの発見は「11月革命」として知られる。そして素粒子物理学における標準モデルの確立につながる大手柄となった。

70年代後半には、素粒子の衝突によって飛び散るエネルギーの3つの「ジェット」を識別するために、呉は計算と分析の大半を行った。これはグルーオン、すなわち陽子と中性子をつなぎとめる強い力を媒介する粒子の存在を示す。科学者たちが、光の光子が電磁気力を伝えることを認識してから初めて、力を伝達する素粒子を観測したものだった。

呉はその後、2012年にヒッグス粒子を発見したLHCでのふたつの共同研究のうち、アトラス実験［編註：世界最高のエネルギーをもつ陽子-陽子衝突の実験から、宇宙を支配する物理法則を解明するもの］のグループリーダーのひとりとなり、標準モデルの最後の1ピースを埋めることになった。呉はいまでも標準モデルを超越し、物理学を前進させる新たな素粒子を探し続けている。

PHOTOGRAPH BY THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE

貧困のなか米国へ留学

呉秀蘭は第二次世界大戦中に日本占領下の香港で生まれた。呉の母は裕福なビジネスマンの6番目の内妻だった。夫だった男は、呉が子どものときに彼女とその母、呉の弟を捨ててしまった。

呉はひどい貧困のなかで育ち、米屋の裏手でひとり寝起きした。母親は読み書きができなかったが、移り気な男たちに頼らずとも生きてゆけるよう、娘に教育を受けさせ続けた。

呉は香港の官立学校を卒業すると、米国の50の大学に願書を出し、ヴァッサー大学から奨学金を獲得して入学した。渡米したときの所持金は、わずか40ドル（現在のレートで約4,500円）だった。

呉はもともと芸術家を目指していたが、マリー・キュリーの伝記を読んで物理学に興味をもった。在学中、夏のあいだはロングアイランドのブルックヘヴン国立研究所で実験を行った。そして、ハーヴァード大学の大学院に入学した。

研究グループではただひとりの女性で、研究会が行われる男子寮への立ち入りが禁止されていた。そのとき以来、呉は物理学の世界に全員の居場所をつくることに尽力し、男女60人以上の博士号取得を指導してきた。

本記事を掲載したサイエンス誌『Quanta Magazine』は2018年6月初めのある晴れた日、クリーヴランドの灰色のソファーで呉秀蘭にインタヴューを行った。呉は標準モデルの誕生50周年を記念したシンポジウムでグルーオンの発見について招待講演をちょうど終えたところだった。

本記事ではインタヴューの内容を要約し、編集を加えている。

呉のCERNのオフィスには、思い出の品や写真が飾られている。呉と夫の呉大峻がふたりで写った写真もある。呉大峻はハーヴァード大学で理論物理学の教授を務める。PHOTOGRAPH BY THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE

──あなたは世界最大規模の実験を行い、多くの学生たちを指導し、マディソンとジュネーヴを行き来していますね。普段の1日はどんな感じですか？

とても疲れます！ CERNのフルタイム研究員ですが、ウィスコンシン大学マディソン校にもかなり頻繁に通っているので、移動がとても多いのです。

──そんな生活を、どのように実現させているのですか？

重要なのは、この生活に全面的に身を捧げていることだと思います。夫の呉大峻も、ハーヴァード大学で理論物理学の教授をしています。まさにこの瞬間も、夫はわたしより忙しく働いていて、その大変さは想像を絶するものです。夫はヒッグス粒子の崩壊について計算を行っています。とても難しい研究です。でも、夫が研究に打ち込めるよう応援しています。歳をとったときに、そのほうがメンタル面にいい影響を及ぼすからです。だから、わたしも一生懸命働くのです。

──かかわった発見のなかで、特に気に入っているものはありますか？

グルーオンの発見は、本当に素晴らしい経験でした。そのときまだ2年目か3年目の助教授でした。共同研究チームの主要メンバーのなかでいちばん若かったので、とてもうれしかったです。

──グルーオンは光子以来、初めて発見された「力を運ぶ素粒子」でした。弱い力を運ぶ素粒子であるWボソンとZボソンはグルーオンの数年後に発見され、発見した科学者たちはノーベル賞を受賞しました。グルーオンの発見ではなぜノーベル賞を受賞できなかったのでしょう？

それはノーベル委員会に聞いてください（笑）。ですが、わたしの考えならお伝えできます。ノーベル賞を同時に受賞できるのは3人だけです。そしてグルーオンの実験には、わたしのほかに先輩の物理学者が3人いました。彼らはとてもよくしてくれました。

ですが、わたしは「すぐにグルーオンを探す」と主張して、自分で計算を行いました。理論物理学者と話すことさえしませんでした。理論物理学者と結婚していても、理論物理学者がこうしなさいと言う内容にはまったく注意を払っていなかったのです。

──どうして、ひとりで計算することになったのですか？

成功したければ、素早く動かねばなりません。でも同時に、いちばん初めに取り組む者である必要もあります。ですから、計算を行っておいて、ハンブルクにある高エネルギー加速器・高エネルギー物理学の研究所である、ドイツ電子シンクロトロン（DESY）で新しい粒子加速器の運転が始まったらすぐに実験を行えるよう備えていたのです。

グルーオンを観測し、粒子の3つのジェットからシグナルを認識できるかを確かめるためです。当時はジェットという概念が数年前に提唱されたばかりで、グルーオンのシグナルがはっきりしているか確証がありませんでした。でも、それがグルーオンを発見する唯一の手段のようでした。

──呉さんはヒッグス粒子の発見にも携わっていますね。標準モデルにおいて、ほかの粒子に質量を与える粒子です。ヒッグス粒子を発見した実験は、呉さんがかかわったほかの実験と比べて、どのような違いがありましたか？

ヒッグス粒子を発見するために、ほかのどの研究よりもたくさん、長く時間を費やしました。30年以上も研究を続け、次々に実験を行ったのです。ヒッグス粒子の発見に大きく貢献したと思っています。

でも、CERNでのアトラス実験の共同チームはとても大規模で、個々の貢献など語れません。実験にかかわった人は3,000人にのぼるのです。誰が何かを主張できるでしょう？ 昔はいまより、もう少しゆとりがあったのですよ。

2012年にヒッグス粒子の発見を祝っている、呉とアトラス実験の同僚たちの写真。PHOTOGRAPH BY THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE

──物理学において、呉さんが研究を始めたころよりも女性研究者は働きやすくなっていますか？

わたしにとっては違いますが、もっと若い女性にとっては働きやすくなっていると思います。資金の提供元となる機関や制度には、若い女性を支援しようという流れがあります。これは素晴らしいことだと思います。

でも、わたしのような人間にとって、状況はより厳しいものになっています。わたしは難しい時代をずっと生きてきました。そしていまでは、ほかの人が「なぜあなたを特別扱いしなければならないのか」と言うような評価が定着してしまっているのです。

──若かりしころの指導者はどなたでしたか？

DESYでグルーオンを探しているとき、ビョルン・ヴィークは本当に助けてくれました。

──どのようにですか？

ウィスコンシン大学で働き始めたとき、わたしは新しいプロジェクトを探していました。グルーオンの存在を最もはっきりと示してくれそうだった、電子－陽電子衝突に興味がありました。そこで、スタンフォード大学SLAC国立加速器研究所でこのような実験を行った、ウィスコンシン大学の別の教授に相談したのですが、彼はわたしとの共同研究に興味を示しませんでした。

そこで、わたしはDESYの新しい電子－陽電子衝突型加速器のプロジェクトに参加しようとしました。JADE実験［編註：検出器の開発を行った国、日本（Japan）、ドイツ（Deutschland）、イギリス（England））の名を冠した］に参加したかったのです。そこで働いている友人が何人かいましたので、わたしはドイツに行き、そして実験に参加する準備がすっかり整いました。

ところが着いてみると、誰もわたしのことをグループの著名な教授に伝えておいてくれなかったと聞かされました。友人に電話をかけると、「あなたを受け入れられるかわかりません。ぼくは1カ月間、休暇をとるんです。戻ったら電話します」と言われました。ものすごく悲しかった。だってすでにドイツのDESYに来てしまっていたのですよ。

でも、そこでわたしはビョルン・ヴィークのもとへ駆け込みました。ヴィークはTASSOという別の実験を率いていました。ヴィークに「こんなところで何をしているのですか？」と聞かれ、「JADE実験に参加しようとしたのですが、受け入れてもらえなかったのです」と答えると、ヴィークは「こちらで話をしましょう」と言って、すぐ翌日には受け入れてくれたのです。

その後の顛末は次のようになりました。JADEはその後、実験施設を故障させてしまい、グルーオンへの3つのジェットのシグナルを観測することができなかった。しかし、わたしたちTASSOが初観測に成功していたのでした。このことから、人生で何かうまくいかないことがあっても、ほかのことがうまくいくのだと学びました。

TASSO実験の電子制御室にいる呉とビョルン・ヴィーク。1978年ドイツ・ハンブルクのDESYにて。PHOTOGRAPH BY DR. ULRICH KÖTZ

──ネガティヴな出来事をポジティヴなものに確実に変えたのですね。

はい。同じことは香港を発って米国の大学に行ったときにも起こりました。米国領事館にあった大学の案内を端から端まで見て、50の大学に願書を出し、すべての願書に「全額の奨学金と賄い付きの寮が必要です」と書きました。お金がなかったからです。

4つの大学から返事が来ましたが、そのうち3つから入学を拒否されました。ヴァッサー大学はわたしを受け入れてくれた唯一の大学でした。そして応募したなかで、いちばんの大学だということがわかったのです。

最後までやり抜けば、何かよいことが起きる運命にあるのです。「懸命に働いて判断力にも優れていなければならない」というのが、わたしの哲学ですが、同時に幸運ももち合わせている必要があります。

──本来は男性に問うべきであるにもかかわらず、これまで誰も質問したことがなく、不公平な質問であることを承知であえて伺います。より多くの女性が物理学を学ぼうと触発され、キャリアとして物理学を考えるためには、社会は何ができるのでしょうか？

専門分野である高エネルギー実験物理学についてだけなら言えることがあります。この分野は女性にとって非常に厳しい分野だと思います。その一部は家族の問題だと思います。

夫とは、夏のあいだを除いてかれこれ10年は一緒に住んでいませんでした。子どもも諦めました。子どもをもうけることを考えていたころは、ちょうど終身在職権と補助金を得られそうなときで、妊娠したらそのいずれも失ってしまうのではないかと恐れました。実際に子どもをもつことよりも、妊娠中に学科内を歩き回って会議に出ることのほうが心配だったのです。ですから、物理学を修めることは家族にとって、本当に、本当に大変だと思います。

──その大変さは現在でもまだあると思います。

そうですね。でも若い世代では違っています。いまでは、女性を支援する学科はよい学科に見えます。よく見られたいがためだけに支援していると言いたいのではないのですが、もはや女性に対して積極的に戦いを挑んではいないのです。

それでもまだ大変でしょう。高エネルギー実験物理学の分野は特にそうです。移動がとても多いので、家庭をもつことや生活が難しくなるのだと思います。理論物理学のほうがずっと取り組みやすいでしょう。

呉は、2016年に出版されベストセラーになったレイチェル・イグノトフスキーの『世界を変えた50人の女性科学者たち』に取り上げられた［編註：日本では2018年4月に創元社より邦訳が出版されている］。PHOTOGRAPH BY THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE

PHOTOGRAPH BY THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE

──呉さんは素粒子物理学の標準モデルの確立に大きく貢献してきました。好きなところや嫌いなところはどんなところですか？

標準モデルがありのまま機能しているのは、ただ驚くばかりで、素晴らしいことです。毎回、標準モデルで説明されていないものを探そうとしても、見つからないところが気に入っています。標準モデルが、探すべきでないと教えてくれるからです。

ですが、わたしの時代に立ち戻ると、まだ発見も確立もされていないものが本当にたくさんありました。現在の問題は、すべての物がお互いに美しくフィットして、標準モデルがとても確かなものになっているということです。ジェイプサイ中間子を発見したころを懐かしく思います。誰もそのことを予測しておらず、それが何なのか、手がかりをもっている人も本当に誰もいなかったのですから。

でも、おそらくそのような驚きの日々が終わることはないでしょう。

──標準モデルが自然のあり方を完全に説明するわけではないのは周知のとおりです。重力やニュートリノの質量、ダークマター（宇宙における質量の7分の6を構成すると考えられている目に見えない物質）の説明はしていません。標準モデルを超越する、お気に入りの概念はありますか？

いま、ダークマターを構成している粒子を探しています。ただひとつ行っていることは、CERNでのLHCの実験への参画です。でも、加速器はダークマターを探すうえでよい手段かもしれませんし、そうでないかもしれません。ダークマターは銀河に存在しており、ここ地球では見えないのです。

それでも、わたしはトライするつもりです。ダークマターが既知の粒子と何らかの相互作用をもつとするならば、LHCでの衝突を通して生み出せる可能性もあります。でも、弱い相互作用をもつダークマターは、アトラス実験の検知機に見える痕跡を残さないでしょう。ですから、実際に見えているものからダークマターの存在を直観しなければならないのです。

現在はダークマターのヒントを探すことに集中しています。単体のヒッグス粒子を生み出す衝突に見られる、エネルギーと運動量の喪失のかたちから探っています。

──ほかに研究しているものはありますか？

最も重要なタスクは、まったく新しい素粒子であるヒッグス粒子の性質を理解することです。ヒッグス粒子は、わたしたちが知っているほかのどの粒子よりも対称性［編註：何らかの刺激を与えたときに物理法則が変わらないこと］があります。これまで発見されたなかで、唯一スピン［編註：量子力学上の概念で、粒子がもつ固有の角運動量を指す］をもたない粒子でもあります。

わたしが所属する研究グループでは、直近のヒッグス粒子とトップクォークの相互作用の観測に大きく貢献しました。この観測は本当に挑戦的なものでした。5年間の衝突データを調べ、先進的な機械学習技術や統計学にも集中的に取り組みました。

ヒッグス粒子の研究とダークマターの探索に加え、わたしたちの研究チームはシリコンピクセル検出器、（潜在的に興味深い衝突を識別する）トリガーシステムや、アトラス実験の検出器のコンピューターシステムにも貢献しています。LHCが現在、アップグレードのために運転を停止しているので、そのあいだにこれらの装置の改良も行っています。また、近い将来に量子コンピューティングを導入して、データ分析を開始する予定です。とてもわくわくしています。

呉、CERNにて。PHOTOGRAPH BY THI MY LIEN NGUYEN/QUANTA MAGAZINE

──キャリアをスタートさせたばかりの若い物理学者に対して何かアドヴァイスはありますか？

今日の若い研究者のなかには、すこし保守的すぎる人もいるようです。言い換えると、彼らは主流ではないことを行うのを恐がっているのです。結果が得られないリスキーなことをするのを恐れています。それを非難はしません。それが物理学界のカルチャーのあり方ですから。わたしからのアドヴァイスは、最も重要な実験が何であるかを把握し、忍耐強くなることです。いい実験というのはいつも時間がかかるものなのです。

──でも、全員がそんなに時間をかけられるわけではありません。

その通りです。若い学生たちにはたいていの場合、革新的に生きる自由などありません。イノヴェイティヴに生きる自由は、非常に少ない時間で実験を行い、成功を収めて初めて、手に入るものなのです。また、いつでも忍耐強く探求だけに没頭できるわけでもありません。共同研究者から認められる必要があります。推薦状を書いてくれる人が必要なのです。

できることといえば、懸命に働くことだけです。でもわたしは同時に、学生たちにこう言っています。

「コミュニケーションをとるように。自分自身の殻に閉じこもってはいけません。いいアイデアを自分のなかだけではなく、グループ内でも思いつけるよう努力してください。革新を起こすよう努めてください。簡単なことは何もないでしょう。でも何か新しい発見をするということは、それだけの価値があることなのです」

本記事は、Simons Foundationが発行するサイエンス雑誌『Quanta Magazine』の許諾のもと、翻訳・転載した。Simons Foundationは数学や物理学、生命科学分野の研究開発や動向を取り上げ、科学に対する大衆理解の拡大を目的とする財団である。QuantaMagazine.org