すべてが発見されたので、現代科学に天才の余地はないと言う人に対して、ファビオラ・ジャノッティは鋭い答えを持っています. CERN の大型ハドロン衝突型加速器で最大の粒子検出器である ATLAS 実験の元スポークスマンは、「いいえ、まったく違います」と述べています。 「2012 年 7 月 4 日まで、自然界が初等スカラー体を許しているという証拠はありませんでした。ですから、天才のための余地はたくさんあります。」
彼女は、ヒッグス粒子の発見に言及しています。ヒッグス粒子は、過去半世紀における物理学の最も重要な進歩の 1 つとなる可能性があります。それは、宇宙全体に浸透し、物理学の標準モデルを完成させる同名のフィールドの現れであり、本質的に存在するすべてのものの存在と動作の一種のベースライン記述です.
どの基準から見ても、これは画期的で天才的な成果です。
あまり明確ではないのは、正確に誰が天才かということです。明らかな候補はピーター・ヒッグスで、彼は 1964 年にブラウト・イングラート・ヒッグス機構の結果としてヒッグス粒子を仮定しました。彼は 2013 年にフランソワ・エングラートと共にノーベル賞を受賞しました独立して同じ結果）。しかし、これはヒッグスが天才だったということでしょうか? ATLAS Experiment Collaboration (ヒッグス粒子を発見した CERN での 2 つの実験のうちの 1 つ) の創設者の 1 人であり、最初の「スポークスパーソン」である Peter Jenni は、私が彼に質問すると躊躇します。
「彼ら[ヒッグス、ブラウト、イングラート]は、[アインシュタインの相対性理論]ほど壮大なものに[取り組んでいる]とは思っていませんでした」と彼は慎重に述べています。ヒッグスにつながる自発的な対称性の破れは「挑戦的な問題でしたが、[アインシュタイン] は何か新しいものを発見し、分野全体を解決しました。ピーター・ヒッグスは、これに数週間取り組んだと言うでしょう。」
では、30 年以上にわたり、数十億ドルの投資と、約 40 か国からの何千人もの物理学者、エンジニア、および学生を指揮した実験的取り組みのリーダーは何だったのでしょうか?確かに、この労働者の軍団を指揮する天才的な首謀者がいたに違いありません。彼または彼女の並外れた貢献のために私たちが選ぶことができる誰か.
「いいえ」と Gianotti は明確に言いますが、これは物理学者には珍しいことです。私たちが構築した機器は非常に複雑であるため、日々の作業の中で独創性と創造性が発揮されます。天才と創造性を必要とする膨大な量の問題があり、時間の経過とともに多くの人々に、そしてすべてが同じレベルで広がります。」
科学のブレークスルーはしばしば個々の天才によって推進されているように見えますが、この認識は現代科学のますます協調的な性質を裏切っています。おそらく、ヒッグス発見の話ほど、この二分法をうまく捉えているものはありません。ヒッグス発見の話は、一方で少数に与えられた名声と、他方で発見を可能にした実験の制度化された匿名性との間の著しい対照を示しています.
例外的な個人の概念に対する嫌悪感は、その DNA の一部である ATLAS コラボレーションに深く根ざしています。共同作業におけるほぼすべての決定は、研究所理事会、共同作業委員会、多数の委員会やタスク フォースなどの代表グループによって承認されます。コンセンサスはゲームの名前です。 2009 年から 2013 年まで Gianotti が担当していた有能な CEO でさえ、「スポークスパーソン」と呼ばれています。彼女はコラボレーションについて話しましたが、それを命じませんでした.
集団性は ATLAS にとって非常に重要です。その理由の 1 つは、スターの個性に注意を払うことを避けることが重要であるためです。これにより、共同研究に参加している多くの物理学者が、それぞれ何らかの形で研究を所有していると感じることができます。 ATLAS が作成する主要な物理学論文の著者として、ほぼ 3,000 人が資格を取得しており、著者リストは、論文自体とほぼ同じページ数になる可能性があります。
より機能的なレベルでは、この集合性により、データを解釈する際の偏見を防ぐことも容易になります。 「私たちが行うほとんどすべてのことは、分析における潜在的なバイアスを減らすことを目的としています」と、ヒッグス発見時のヒッグスからガンマガンマへの分析グループのメンバーであり、最近素粒子物理学の若手科学者賞を受賞したカースティン・タックマンは断言します。多くの物理学者と同様に、タックマンは恥ずかしがり屋で、多くの資格を持って話します。しかし、偏見をなくすことの重要性を伝えると、彼女はより力強くなります。
「私たちは最後のステップまで実際のデータを扱いません」と彼女は説明します。分析ツール (本質的にはアルゴリズムとソフトウェア) が定義された後、それらは実際のデータに適用されます。このプロセスは非盲検化として知られています。 「実際のデータを見たら、もう分析を変更することはできません」と Tackmann 氏は言います。そうすることで、物理学者が分析ツールを彼らが見たいものに合わせて調整するように誘惑することによって、不注意に偏りが生じる可能性があり、最悪の場合、実際には存在しない結果が作成されます.早熟な個々の物理学者が新しいデータのカットまたはフィルターを提案する能力は、この手順によって制限されます:彼または彼女はゲームの後半まで実際のデータを見ることさえできず、すべての分析は他の複数の科学者によって個別に精査されます.
この集合的な規律は、ATLAS が生成するデータの複雑さを緩和する 1 つの方法です。未加工のデータは、地球から月へと毎年 10 回往復する DVD のスタックを埋めるのに十分な量です。データは、デジタル カメラからの生の出力に必要な処理と同様に、時間と空間における個々の衝突の画像に近似するものに再構築する必要があります。
しかし、衝突による粒子の識別は、実際の人間が衝突の拡大された画像の上に座って、線とらせんを異なる粒子として識別した「女の子のスキャン」とバブルチャンバーネガの時代以来、驚くほど複雑になっています。今日の実験者は、ピクセル検出器、シリコン ストリップ トラッカー、遷移放射線トラッカー、ミューオン システム、熱量計 (ハドロンと電磁気の両方) など、さまざまな検出器サブシステムの内部機能に関する専門知識を持っている必要があります。ゲインやしきい値の設定など、各サブシステムの電子機器に加えられた調整により、実際のデータのように見えてもそうではないものが存在しない、または含まれている可能性があります。誤ったシグナルまたはシグナルの欠如の原因と、それらをどのように説明できるかを理解することは、プロセスの中で最も挑戦的で創造的な部分です。 「本当に頭が良く、これが得意な人もいます」と Tackmann 氏は言います。
プロセスも静的ではありません。時間が経つにつれて、検出器は経年劣化や放射線損傷から変化します。最終的に、検出器のソフトウェアを完成させるプロセスには終わりがなく、人間の要求は膨大です。およそ 100 人の物理学者が、ヒッグス粒子が 2 つのガンマ粒子に崩壊するという、単一の比較的単純な粒子シグネチャの分析に関与しました。全体的なヒッグス解析は、600 人を超える物理学者のチームによって実行されました。
この取り組みの深さと幅広さは、発見行為を匿名で分散したものに変えます。この匿名性は、ATLAS 文化の中で制度化されています。乱れた髪とささやきに近い静かな禅のようなスピーチを持つ若い物理学者であるカド・マルミは、最終的にヒッグスを確認するために必要な統計的有意性のレベルに到達する責任を負った「複合分析」グループの招集者の1人でした。発見。しかし、ATLAS の場合は通常、統計分析の重要性 (最後のステップ) を軽視しています。 「最終的な分析は実際には非常に単純でした」と彼は言います。 「[成功] のほとんどは、検出器をどのように構築したか、どれだけうまく校正したか、そして最初からどれだけうまく設計されたかにかかっています。このすべてに 25 年かかりました。」
ATLAS 内の緊密な共同作業モデルは、物理学と工学の革新だけでは十分ではなく、管理スタイルと企業文化を革新する必要があることを意味していました。ローザンヌの IMD ビジネス スクールで戦略実行と情報管理の教授を務める Donald Marchand 氏は、ATLAS を、標準的な「ウォーターフォール」、つまりトップダウンの管理理論に逆行する共同作業モードに従っていると説明しています。
マーチャンドは 2000 年代半ばに ATLAS に関するケース スタディを実施し、ATLAS の経営陣が正式な権限をほとんどまたはまったく持たずに主導したことを発見しました。コラボレーションのほとんどの人は、実際に給料を書いているホームインスティテュートとはまったく関係のない誰かのために直接「のために」働いています。たとえば、建設段階では、最もデータ集約的なコンポーネントの 1 つである ATLAS ピクセル検出器のプロジェクト リーダーは、カリフォルニア州にある米国の研究所で働いていました。彼の直属の部下であるプロジェクト エンジニアは、イタリアの研究所に勤務していました。彼は生産プロセスで重要な役割を担っていましたが、プロジェクト リーダーには、プロジェクト エンジニアのパフォーマンスを昇進させたり、規律を課したり、正式にレビューしたりする権限さえありませんでした。彼の唯一の手段は、話し合い、交渉、妥協でした。 ATLAS のメンバーは、誰かのためではなく、誰かと一緒に働いていると感じる傾向があります。
同様に、資金は、正式な契約ではなく「覚書」を通じて、さまざまな国の研究所から提供されました。コラボレーションのスポークスパーソンと他のトップ マネージャーは、コラボレーションを指示するのではなく、世話をし、スチュワードシップの政治に従う必要がありました。コラボレーション メンバーが疎外された場合、それは彼らが投資していた財政的および人的資本の損失を意味する可能性があります。あらゆるレベルのマネージャーは、部下にフィードバック、インセンティブ、および規律を提供する従来とは異なる方法を見つける必要がありました。
コーヒー チャットはこれを行うための 1 つの方法であり、共同作業を維持するための日常のささやかな交渉を行うための主要な方法になりました。今日、CERN のいたるところにカフェが配置されており、非公式の会議を行う人々で朝から晩まで満員です。多くの物理学者がカフェテリアで何時間もキャンプに出て、予定の合間にラップトップで作業しているのを見ることができます。 ATLAS の経営陣はまた、「セーフ ハーバー、つまり [従業員] が自分自身を表現し、対立や議論を非難することなく解決できるようにする組織内の文化」を作り出しました、とマーチャンドは言います。
その結果、非常に効果的で柔軟な管理構造が実現します。 ATLAS マネージャーは、組織内の情報資本をどのように管理、配布、活用しているかを測定するベンチマーク スケールの上位 5% に常にスコアを付けています。マーチャンドはまた、ATLAS の管理構造が変化する状況に適応するのに効果的であることを発見し、世界中の組立ラインで何千もの同一のオブジェクトを生産する必要があった実験のコア生産段階で、よりトップダウンのパラダイムに一時的に切り替えました。 .
この協調的な文化は偶然に生まれたものではありません。 Marchand 氏によると、それは最初から ATLAS に組み込まれていました。元の創設者は、個人的な信用を避け、対立について直接話し、オープンな会議でほとんどすべてを議論することにより、参加するすべての人に協力的な倫理を吹き込みました。しかし、その倫理はどこにも成文化されていません。書面による行動規範はありません。それでも、私が話をしたすべての人に、ほぼ宗教的に受け入れられています.
コラボレーション メンバーは、個人の功績を何かに帰することに懐疑的です。すべての論文には著者リスト全体が含まれており、ATLAS のアウトリーチ資料はすべて「ATLAS コラボレーション」と署名されています。人々は、メディアであまりにも多くの個人的な信用を得ていると認識されている人に疑いを持っています.コラボレーションの有名なメンバーの 1 人 (元ロック スターであり、大成功を収めた BBC シリーズ Horizon のホスト) ) は多くの人から疑わしい目で見られており、彼は実験との関連で自分自身に注意を向けすぎていると見なされています.
ATLAS で天才を探したり、CERN で他の実験を行ったりする際に、コラボレーション自体以外に何かを指摘することはほとんど不可能に思えます。新しい物理学を提案する理論家や実験プログラムの創始者を含むどの個人よりも、天才の特徴である想像力、粘り強さ、開放的な心、そして達成を反映しているのはコラボレーションです。
その結果が物語っています。ATLAS は、予測された寿命のわずか 10 分の 1 で最初の重要な目的をすでに達成しており、非常に協力的な方法で進化し続けています。今年の 5 月、検出器への最初のアップグレードの 1 つがインストールされました。 Insertable B-Layer (IBL) と呼ばれ、2008 年に ATLAS の最初の試運転期間の終わり近くに形成されたタスクフォースから成長し、9 mm のクリアランス スペースに検出器の別のレイヤーを挿入する理由を文書化するという明確な目標を持っていました。ビームパイプの隣は不可能と考えられていました。
完璧な日和見主義者であるタスクフォースのメンバーは代わりに、すぐに新しいサブプロジェクトに変わるデザインを思いつきました.靴箱ほどの大きさではありませんが、IBL の建設には世界中の 60 以上の機関が関与しました。今年初めに挿入可能な B 層サブ検出器を ATLAS の中心部にあるホームにスライドさせるときが来ました。長さ 7 メートル以上のクリアランスはわずか 1 ミリでしたが、このタスクはわずか 2 時間で完了しました。滞りなく。
新しい天才のための新鮮な機会がたくさんあります。ジャノッティは暗黒物質を例として挙げています。それが何でできているかはわかりませんし、楽器と相互作用しません。私たちには手がかりがありません」と彼女は言います。 「だから、天才のための余地がたくさんあります。」しかし、その天才は、実験室でチョークを持ったりいじったりしている乱暴な科学者から来るのではなく、何千人もの人々が一緒に働いているから来るかもしれません.
Neal Hartman は、ローレンス バークレー研究所の機械エンジニアであり、CERN での ATLAS コラボレーションに約 15 年間携わっています。 CERN での科学に着想を得た映画祭である CineGlobe の運営など、物理学と一般科学の両方のアウトリーチと教育に多くの時間を費やしています。
参考文献
1. Aad, G. 他 LHC の ATLAS 検出器で測定された sqrt(s) =900 GeV での pp 相互作用における荷電粒子多重度。 物理文字 B 688 、21-42 (2010).
2. Marchand, D.A. による IMD ケーススタディ&Margery, P. CERN での ATLAS と LHC のコラボレーション:ビッグバンの探索、IMD-3-2015 (2009).
3. Marchand, D.、Kettinger, W.、および Rollins, J. 情報指向:ビジネス パフォーマンスへのリンク オックスフォード大学出版局 (2001).
この記事は、2014 年 10 月の「Genius」号に掲載されたものです。
