DONUT

ワークショップ
「実験家とつくる実験の哲学
―素粒子物理学実験DONUTとOPERA―」
応用哲学会＠京都大学 2011/9/23
われわれは何者か
• 「科学哲学をつくる会」@名古屋
「科学哲学者のための科学哲学」にとどまらず、
科学者の役に立つ、少なくとも関心をもってもらえる
科学哲学をつくる！
• 鈴木・長縄 OPERA実験に見る実験の方法論(2010秋@科哲)
• DONUT実験を総括したいという時耕との出会い
• 野内、井上の参加
約１年にわたって時耕をはじめとするDONUT関係者から聞き取り
（現時点で4人）
実験家とつくる実験の哲学
• 科学哲学において実験の哲学という領域がある。
80年代、新実験主義者と呼ばれる人たちによって、
それまでの理論偏重の科学哲学が見直されてきた。
Hacking(1983) 実験の理論からの独立性、介入実在論
Franklin(1986) 実験の認識論
：実験結果を信じる理由を与える戦略
彼らは基本的に文献をもとに分析している
実験家とつくる実験の哲学
• 「現場で何が起こっているのか、実験家たちは何に
価値を見出し、どういう意識で研究を行っているのか」
といったことの調査からボトムアップ的に
実験家とともにつくる「実験の哲学」があってもよい
それによってしか見えてこない実験の側面があるだろう
Latour&Woolgar(1979)ら「社会構成主義者」は
実験家と問題意識を共有していない
ワークショップの構成
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時耕（→長縄） DONUT実験とは
鈴木1 実験の方法論@DONUT
野内科学的実在論論争の観点から、検出
長縄 OPERA実験紹介
鈴木2 実験の目的の変化
井上インタビュー研究の方法論的反省
（各15分程度）
質疑
「DONUT実験に見る実験の方法論」
名古屋大学鈴木秀憲
1.実験の方法論
• 実験の方法論
「限られたリソース（金、マンパワー、時間）の中で
実験の質を高め、実験を成立させ続けるための
戦術」
OPERA実験での調査、聞き取りから生じてきた
問題意識
技術開発、トラブル対処、分業、対外的戦術など
1.実験の方法論
OPERA実験においてトラブル対処の方法論として
「専門的分業化による実験のロバストさの確保」
を取り出した。
あるサブグループの研究領域で問題が起きても
別のサブグループの技術開発で乗り切るという体制
→実験グループの構造への関心
1.実験の方法論
DONUTでのNET SCAN法開発に注目
location：ECC内のν反応点をとらえる
SCAN BACK法→NET SCAN法
• ντ検出の目的を達成するには
NET SCAN法確立が欠かせなかった
98 1例の後、行き詰まり
00 確立後、1年で＋3例
1.実験の方法論
• NET SCAN開発者（野中）から聞き取り
研究者目線（ミクロレベル）
個人の発想・工夫→技術開発の方法論
リーダー目線（マクロレベル）
実験グループの構造→分業の方法論
1.実験の方法論（経緯）
• NET SCAN開発が難航
想定外のエラーだらけの状況
「なにが問題なのか？どこをどうすればよいのか？」
（実験場での問題、現像の問題、測定時の問題）
うちきられそうに「明日研究室会議で報告せよ」
→このときブレイクスルーがあった
1.実験の方法論（経緯）
• 乾板に垂直に入射する飛跡が
非常に高密度で入っている（μ粒子）
CHORUSでのScanback法の経験から、
他の研究者はプレート間で飛跡同士を一対一
対応させることができないと判断し、
それらを取り除いていた
1.実験の方法論（経緯）
• ところが野中は、
手動操作でプレート間を一年近くつないでいたとき
に、多くの場合が問題なく一対一対応つけられた
という経験から
「正誤は問わずにとりあえずつなげてしまえ」
と思い切った
そしてその際にμ粒子をアラインメントに利用した
1.実験の方法論（分析）
• 方法論の抽出（ミクロレベル）
ノイズをアラインメントに利用
「想定外のトラブルを逆手にとる」
（スリップ現象→気球実験での「シフター」）
物理現象としてはニュートラル
ある目線では－→別の文脈では＋
予期せぬトラブル→珍しい発見
1.実験の方法論（分析）
技術開発の方法論（研究者目線）
「トラブルが起きたとき、そこでひとまず
現象として何が起こっているのかを理解する
（原因をつきとめる）ことに務め、
それを利用できないか考える」
1.実験の方法論（分析）
• 方法論の抽出（マクロレベル）
ある研究者が技術開発に至るには
どの要素が効いているのか？
→
それを促進するためにリーダーは
どのような状況をつくり出す必要があるか？
1.実験の方法論（分析）
(1)一人の人間に特定の仕事を任せきる
基本的にリーダーや他の研究者に相談せず
問題を現場個人の判断でクリアしていっている
問題だらけだということを素直に報告していたら
開発が打ち切られてしまう可能性がある
「仲間」が説得すべき対象として存在する
（単純に「実験はチームプレイ」でない側面）
1.実験の方法論（分析）
(2) 「自分がやり遂げなければ」という意識をもたせる
研究者目線「自分が任されて時間と労力をかけて
やってきたのに、ここで打ち切られたら・・・」
・責任感
・キャリア（博論）に関わる
新技術の開発には想定外の問題が続出する
→ 「必ず成功に導く」という動機が必要
1.実験の方法論（分析）
(3)データ・現物に徹底して関わる機会を与える
研究者目線
「非常識かもしれないけどこれをやってみても・・・」
新技術の使い方、その実験でのデータの扱い
に関して誰よりも詳しい
→過去の実験の枠組みにとらわれない
他方、「ノイズをアラインメントに」という技術の継承
は必要
1.実験の方法論（分析）
分業の方法論（リーダー目線）
「若手の研究者にあることに特化した仕事を任せ、
それをやり遂げるという動機と
データ・現物に徹底して関わる機会を与える。
また、先人達がどのように技術開発を
成し遂げてきたかを理解させておく。」
NET SCAN法開発に限らずしばしば見られる構造
（OPERAでの原子核乾板、CSなど）
個々のスペシャリストの育成の方法論とも言える
（F研のスタイル唯一、ベストというわけではない）
「実験の目的の変化と実験家の思惑」
名古屋大学鈴木秀憲
2.実験の目的の変化と実験家の思惑
• 実験の主目的はしばしば変化する
カミオカンデ陽子崩壊→ニュートリノ振動
CHORUS実験 ν振動→チャームクォーク精密解析
これは全く想定外の出来事なのか？
2.実験の目的の変化と実験家の思惑
• 長縄発表
一つの実験は公的には一つの目的をもっており
(proposalなど)、実験デザインはその目的に絞って
設計される。
しかし、新しい試みをする際には自然と複数の
ことを試すことになっているもの。
それゆえ実験グループの中にも（外にも）
その実験で何を発見しようとするか、
さまざまな思惑をもった人たちが出てくる。
2.実験の目的の変化と実験家の思惑
・DONUT実験でも
公的な目的（主目的、official） ντ検出
私的な目的（意図、個人的思惑）
DONUTの責任者ダークマター探索
アメリカのある研究者中性の重いレプトン
そうしたものを見つける可能性がある
セットアップになっていた
2.実験の目的の変化と実験家の思惑
実験の目的の変化についてのテーゼ：
「実験の主目的が変化するのは、もともと実験が
（程度の差はあれ）多目的的であることによる。」
主目的の変化の直接のきっかけは
・興味深いデータが出た
・他実験がある結果を出した
・新しい理論が提唱された
などいろいろ考えられる
2.実験の目的の変化と実験家の思惑
Aで意外な発見
A
B
C
他実験の結果
2.実験の目的の変化と実験家の思惑
このテーゼは（多分に）仮説的
・DONUT実験の主目的は変化していない
ντ検出が予想以上に困難で
他のことに手が回らなかった
・OPERA実験も（今のところ）νμ→ντ振動実験
実験の主目的が変化した実験を
詳細に調査する必要がある
ただその含意を検討しておくことには意味がある
2.実験の目的の変化と実験家の思惑
• 「実験がある目的をもっている」というのは
単にそれが可能なセットアップになっている
というだけでなく、
それを意図する実験家がいるor生じるということ
実験を主目的とは別の視点で見る目がなければ
重要なシグナルを見逃す可能性がある
どういう思惑をもった実験家たちが
どれぐらい（リソース）いるかによって
その実験がどういう結果を出すかが左右され得る
2.実験の目的の変化と実験家の思惑
• 実験の主目的が変化しやすいようになっている
ということは実験家にとっても重要
積極的：新発見の可能性
消極的：主目的が達成できなかったときのバックアップ
・複数の「先入見」がプラスに働く
「メインの目的とは別の目的を追求する
人・グループをつくっておく」という
発見の方法論として述べなおすことができる
結論
• 科学哲学者は科学の展開について考える上で
個々の実験家の思惑を無視できない
それは実験家たちの実験への関わり方を通じて、
実験の進む方向を左右し得るから
（それゆえ実験をどう見るかは実験家にとっても重要）
実験が理論をガイドするのだとしたら、
それは科学全般の方向性に関わる。
展望
• 実験同士の複雑な関係性
92 94 96 98 00 02 04 06 08 10→
Super-Kamiokande
T2K
CHORUS
DONUT
ニュートリノ業界の一部
OPERA
展望
• それらの実験はどのように関係しているのか？
（デザイン・技術・人の連続性、補強or競合？）
• ある実験が他の実験とどのような関係にあるか
について実験家たちはそれぞれの解釈をもっている
→
そうした実験家の解釈は実験の中身
（研究活動や実験デザイン）に
（どのように）影響するのだろうか？
課題
• さらなる他実験の調査
（F研以外、素粒子物理以外）
• テーゼの検証（実証的方法の開発）
→井上発表
• 「科学の進歩」「理論と実験との関係」といっ
た伝統的な科学哲学のテーマとの関係
文献
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Agafonova,N. et al., the OPERA Collaboration(2010)”Observation of a first ντ candidate event in the OPERA
experiment in the CNGS beam”Physics Letters B 691 138-145.
岡田謙介(2000)「タウニュートリノ反応の検出」博士論文名古屋大学
Franklin,A.(1986)The Neglect of Experiment.Cambridge:Cambridge University Press.
―Experiment in Physics. The Stanford encyclopedia of philosophy.
http://plato.stanford.edu/entries/physics-experiment/
Galison,P.(1987)How Experiments End. Chicago:University of Chicago Press.
Guler,M. et al., the OPERA Collaboration(2000)”An appearance experiment to search for νμ→ντ oscillation
in the CNGS beam, Experiment proposal”CERN-SPSC-2000-028, CERN-SPSC-318, LNGS-P25-00
K. Kodama et al. DONuT Collaboration(2001)“Observation of tau neutrino interactions”Physics Letters B,
Volume 504, Issue 3, 12 April, Pages 218-224
Hacking,I.(1983)Representing and Intervening. Cambridge:Cambridge University Press.
ハッキング『表現と介入―ボルヘス的幻想と新ベーコン主義』産業図書渡辺博訳
時耕寿弥(2002)「DONUT実験における反応点検出効率の改良」修士論文名古屋大学
Latour,B. and S.Woolgar(1979)Laboratory Life:The Social Construction of Scientific Facts. Beverly Hills: Sage.
野中直樹(2002)「原子核乾板のNETSCAN法の開発とニュートリノ反応点の研究」博士論文名古屋大学
Pickering,A.(1984)Constructing Quarks. Chicago:University of Chicago Press.
補足
• CHORUS、DONUT、OPERA （F研中心の国際共同実験）
CHORUS
正式名称
WA95
時期
94~06
目的（一般的） νμ→ντ
セットアップ CERN→(1km)
ビーム
検出器
bulk
読み取り装置 TS,NTS
解析手法
SCANBACK
規模（おおよそ）
・検出器（重量） 1トン
・人（関係者）
400
・金（億）
DONUT
OPERA
E-0872
CNGS1
97~08
06~現在進行中
ντ
νμ→ντ
Fermilab CERN→グランサッソ(730km)
800GeV/c
bulkとECC
ECC
UTS
S-UTS
NETSCAN
SCANBACK/NETSCAN併用
50
1800キロトン
800

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