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• 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

B

C

A で意外な発見　　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 　　　　　　　　　 OPERA

　　　　　　　　　　　 DONUT 　　　　　　　ニュートリノ業界の一部

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• 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 　　　　　 DONUT 　　　　　 OPERA正式名称　　　 WA95 　　　　　　 E-0872 　　　　　 CNGS1時期　　　　　　 94~06 　　　　　　 97~08 　　　 06~ 現在進行中目的（一般的）　 νμ→ντ 　　　　　 ντ 　　　　　 νμ→ντセットアップ　　 CERN→(1km) 　 Fermilab 　　 CERN→ グランサッソ (730km)ビーム　　　　　　　　　　　　　　 800GeV/c検出器　　　　　　 bulk 　　　　　　 bulk と ECC 　　　　 ECC読み取り装置　　 TS,NTS 　　　　　 UTS 　　　　　　 S-UTS解析手法　　　 SCANBACK 　　　 NETSCAN 　　　 SCANBACK/NETSCAN併用規模（おおよそ）・検出器（重量）　　 1 トン　　　　　　　　　　　　 1800キロトン・人（関係者）　　　 400 　　　　　　　 50 　　　　　　　 800・金（億）