立教大学

「異次元の世界」や「高い次元から考える」などとはよく使われる表現だが、私の研究は文字通り物理学的に三次元空間の外側の、四次元以上の「高次元空間」の存在を実験で探すものだ。もし世界に先駆けて見つけることができれば、人類の世界観を一変させる大発見となることは間違いないだろう。そんな研究を、池袋キャンパスのとある小さな地下実験室で学生たちと、ああだこうだ工夫しながら始めて10年になる。

四次元以上の高次元空間はまだ誰も見つけていないが、物理学者は、あるかもしれない、いや、むしろ、あるべきだ、とまで真剣に考えている。そんな最先端の物理学の考え方を初めて知ったのは高校生の頃だ。すごいな、とは思ったが、まさか自分でこの問題に取り組むことになるとは思わなかった。それどころか、今では正面から大真面目にこの研究を進めて成果をきちんと挙げ続けているのは、日本では立教大学の私の小さな研究室だけと言ってよいだろう。

アインシュタインは一般相対性理論という理論において、時間と空間の歪みが重力の正体である、という主張をしたのだが、このように空間を研究することは重力を研究することと密接な関係がある。実際、私の研究では、誰もが正しいと信じている、有名なニュートンの万有引力の法則という重力の基本法則が本当に正しいのかどうかを実験で精密に調べている。もし、高次元空間があるならば、万有引力の法則とは合わない実験結果が得られるはずだからだ。理論的な予想では、髪の毛の太さ程度の小さな2つの物体の間にもはたらくはずの非常にわずかな重力の強さを計測することができれば、万有引力の法則の予想よりも強い重力が観測されるはずだ、と考えられている。

わが研究室は重力の研究室であり、実際、このようなキーワードでインターネット検索すれば立教大学が常に最上位に表示される存在になっている。しかし、実は、私は立教大学に着任する前には重力とは全く無関係の研究を行っていた。今でも私の研究テーマは「原子核・素粒子物理学」というミクロの世界を調べる研究分野であり、その一環としてミクロの世界での重力の研究も行っている、という位置づけになる。しかし、ごく最近までミクロの世界での重力は実験的な研究対象として完全に無視されてきていた。ニュートンの万有引力の法則が正しいのならば、電気力などの他の力に比べて極端に力の強さが弱いはずで、測定は不可能だと思われていたからだ。

ところが今から十数年ほど前、もし高次元空間があるのならば、重力はミクロの世界ではずっと強くなっているかもしれない、という大胆にして天才的な説が唱えられた。それまでの常識とはかけ離れた考え方だが、一理も二理もある説得力のある斬新な予想で、驚きと共に非常な注目を集めた。今では、巨大科学の代表格であるヨーロッパの「LHC加速器」という実験で、最重要の研究テーマの一つとして、この万有引力の法則の検証、つまり、高次元空間の探索が数千人・数千億円規模の国際巨大実験の一環として進められているほどである。
私がこの重力の実験を始めることになったきっかけは、研究所の研究員をしていた頃に、立教大学の教員として着任することが決まったことだった。それまでの研究者としての仕事に加えて、今度は教育者として学生の教育をしなければならない。特に、理系では学部の4年次生の学生や大学院生は講義の他に、自分のテーマを持って研究することがむしろ大事なのだが、その指導をしなければならない。すでに任期切れの心配のない終身雇用の研究員になっていたものを、今度は大学の先生になるのだから、せっかくだから面白い研究を学生と楽しくやってみたい、どんなテーマがよいかな、と考えて思いついたのが、この高次元空間のテーマだった。成果は期待せず、学生が楽しく最先端の物理学につながる研究ができれば十分、とごくごく気軽に遊び半分で取り組んでみることにした。