「芸術こそが私たちを人間らしくするものだと思います」と、欧州原子核研究機構（CERN）の素粒子物理学者クララ・ネリスト博士は言います。「純粋な科学的好奇心…私はそれを芸術に例えます。」
大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のATLAS実験用ピクセル検出器の開発に携わったネリスト博士を突き動かすのは、まさにこの人間の好奇心、芸術への探求心です。彼女は日々の仕事において、芸術と科学の間に境界線を見出していません。周囲の世界を理解しようとすること、ただ理解すること自体が芸術なのです。
「最も古い疑問の一つは、『これは何でできているのか？』ということです」と彼女は言う。「（大型ハドロン衝突型加速器は）いわば巨大な顕微鏡です。私たちは宇宙の構成要素となり得る、極めて小さな物質にまで迫ろうとしているのです。」ネリスト博士が生涯とキャリアを捧げてきた科学は、こうした根本的な疑問に答えることを目指している。
芸術対科学である必要はない
「正直に言うと、学校では物理が何なのかよく分かっていませんでした」とネリスト博士は笑いながら言います。「ちょっと恥ずかしいです」。彼女が育った学校の先生は優秀でしたが、教材はあまりありませんでした。「理科の先生がいて、先生たちは熱心に教えてくれましたが、生物学は植物、化学は化学物質、そして物理は傾斜路から物を押し下げるような科目だとは知っていました」。しかし、Aレベル試験の時期が来た時、ネリスト博士は物理を学びたいと決心しました。ただ一つ問題がありました。彼女の学校では物理が開講されていなかったのです。
小学校教師だった母親は、たとえ少し大変でも、幼いクララに物理を学ぶよう勧めました。「別の学校で物理の授業に登録して、週2回通いました。楽しかったのですが、正直言って一番の成績は物理ではなく英語でした」と彼女は言います。「物理は難しいと感じましたが、とても良い意味で難しかったです。」
ネリスト博士の両親は、他にも大きな影響を与えました。「私は、良くないことに対して声高に意見を言う両親のもとで育ちました。彼らから、立ち上がって物事を変えようと努力しなければならないことを学びました」と彼女は説明します。だからこそ、彼女はSTEM分野における多様性と包括性について声を上げ、周囲の人々から刺激を受けています。「私よりも前に変化をもたらしてくれた人々、そして今も変化をもたらし続けている人々にも、とても感謝しています。彼らのおかげで、私も声を上げる力を得ているのです。」
大学進学の時期、ネリスト博士は物理と英語の間でまだ悩んでいましたが、最終的に物理を選びました。英語で一番好きだったのは、家で読める本を読むことでした。「でも、物理になると、誰も家に実験室を作らせてくれなかったんです」と彼女は言います。
マンチェスター大学に入学した彼女は、すぐに天体物理学に魅了されました。大学には大規模な高エネルギー物理学科があり、修士課程の一環として、イリノイ州シカゴにあるフェルミ国立加速器研究所で働く機会が与えられました。「国際的な科学者たちと一緒に働くことができました」と彼女は言います。「実際の最新の研究に携わることができました。それを始めてから、すっかり夢中になりました。」
こうしてネリスト博士は素粒子物理学者となり、2013年にマンチェスター大学で博士号を取得しました。そして、こうして彼女はCERNのATLAS実験に携わるようになりました。
写真：アンキタ・ダス
CERNで素粒子を解明
1964年に設立された欧州原子核研究機構（CERN）は、世界最大の粒子加速器を運用しています。大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は、全長27kmの粒子加速器で、主に陽子を光速近くで衝突させます。その最終目標は？ 科学者たちが、私たちの周りの宇宙に関する最も大きく、そして最も根本的な疑問のいくつかに答えるのを助けることです。質量の起源は何か？ 暗黒物質の性質は何か？ なぜ反物質がもっと存在しないのか？
「これらの粒子を衝突させるのは、宇宙に存在するものの、あまり長くは持続せず、制御された環境で研究できない粒子を作り出すことができるからです」とネリスト博士は説明する。「そして、これらの衝突で何が起こっているかを再現することで、衝突のまさに中心で何が生成されたのかを理解することができます。それはヒッグス粒子かもしれないし、暗黒物質かもしれない。まだ分かっていません。」これらの衝突を極めて詳細に研究することで、CERNの科学者たちは宇宙の基本的な構成要素の姿を描き出すことができるのだ。
しかし、検出器は想像以上に複雑です。「検出器は多くの異なる層で構成されています」と彼女は説明します。「よく玉ねぎに例えられます」。中央には、通過する粒子を追跡する追跡装置があります。次に、カロリメータが粒子が移動する際に失うエネルギーを測定します。多くの場合、これは粒子を停止させることで行われます。そして、粒子識別検出器は、通常は質量を測定することで粒子を識別します。
CERNのATLAS実験の一部であるネリスト博士のピクセル検出器は、検出器の心臓部である最初の層で登場します。「ピクセル検出器は粒子が通過する最初の層であり、最初の検出層です。そのため、これらの粒子がどこに行ったかを測定する空間に関して、非常に高い精度が求められます。」
これは、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の絶対的な成功が科学者にとって不利に働く点の一つです。検出器を通過する粒子の数は極めて多く、これらの粒子一つ一つが検出器に損傷を与えるのです。「加速器の性能が向上すればするほど、検出器の劣化が早くなるという、友好的な競争があります。そのため、増大する放射線損傷に対応できる新しいバージョンを設計しなければなりません。」堅牢性と感度の両方を追求し、設計とアップグレードを継続的に行っています。「私たちが目指すのは、最も堅牢でありながら、非常に高速かつ高精度に動作する設計を実現することです」と彼女は説明します。
彼女は英語への愛情を忘れておらず、今もその語学力を活かして科学コミュニケーションの仕事に取り組んでいます。特にTikTokとInstagramの動画で知られています。「科学コミュニケーションは、私たちが行っている研究を他の人に知ってもらい、疑問を抱かせ、それを恥ずかしいと思わせないための方法です」と彼女は説明します。「誰もが、何が起こっているのか全くわからないところからスタートしているのですから。」
「両親のおかげで機会に恵まれたんです」と彼女は続ける。「私たちが何をしているのか、他の人にも知ってもらう機会を与えられるようになりたいんです」
写真：アンキタ・ダス
なぜこの種の仕事が重要なのか
ネリスト博士のキャリアのこの時点で、彼女の仕事は検出器の構築よりもデータ分析へと移行し、現在はトップクォークの研究に注力しています。「1995年に発見されたにもかかわらず、トップクォークについてはまだ多くのことが分かっていません。そして、それが暗黒物質とは何かを理解する助けになるかもしれません。」彼女はアムステルダム大学の物理学助教授でもあります。
彼女の仕事への熱意は明白だ。「私たちの仕事で本当に気に入っているのは、そこから数多くの技術的進歩が生まれることです」と彼女は言う。「最初から計画していたわけではありません。ただ、好奇心旺盛で、最高の検出器や加速器、データ処理方法を設計したいという何千人もの人々が集まると、そこからたくさんの新しい進歩が生まれるのです。CERNなので、特許は一切取得しません。金儲けのためにやっているわけではありません。ただ、成果を公開するだけです。」
医療技術から通信の進歩、そして私たちが知っているインターネットまで、CERN やその組織のデータから生まれたすべての発明や革新をリストアップすることは事実上不可能です。
「私は特にそのことに取り組んでいるわけではないのですが、人々の生活をより良くするイノベーションに貢献し、サポートできることがとても嬉しいです。」
