ジャック・シュタインバーガー

ジャック・シュタインバーガー（Jack Steinberger）（1921年5月25日 – 2020年12月12日）は、ドイツ系アメリカ人の物理学者である。彼はミューニュートリノの三人の発見者の一人であり、その業績によって1988年にノーベル物理学賞を受けた。

彼の経歴は素粒子物理学の時代のほぼ全体にわたっている。 1940年代の最初の加速器から、 CERNの大型電子陽電子衝突型加速器までである。

亡命と教育

シュタインバーガーはフランケン地方のバート・キッシンゲンに、ハンス・ヤーコプ・シュタインバーガー（Hans Jakob Steinberger）として生まれた。父はユダヤ人共同体のカントルであった。

1934年、両親はユダヤ人の子どものための救援計画によって、彼と弟をアメリカ合衆国へ送り出した。シカゴのある家族が彼を引き取り、学校に通えるようにした。両親はのちに続いて渡ることができた。

彼ははじめ化学を学び、その間製薬会社で化学者として働き、そののちにようやく物理学に移った。 1948年、シカゴ大学でエンリコ・フェルミ（Enrico Fermi）のもとで学位を取得した。

彼の学位論文はすでにニュートリノに関わるものであった。彼はミューオンの崩壊で中性の粒子が1個ではなく2個生じることを示した。ニュートリノの世界が見かけよりも込み入っていることを示す、早い時期の手がかりである。

コロンビア大学で、シュタインバーガーは最初のニュートリノビームを造り、それによってニュートリノが一種類より多く存在することを実証した3人組に属していた。その装置はメルヴィン・シュワルツのページが記述している。

シュタインバーガーの寄与はとりわけ解析にあった。 51の事象から、電子の不在が偶然ではないことを確実に導き出すことである。これほど小さな数では、所見が耐えうるかどうかを統計的な入念さが決める。そしてそれは生涯を通じて彼の特徴であった。

1968年、シュタインバーガーはジュネーブのCERNに移り、その後の経歴の残りをそこで過ごした。彼は実験CDHSを率いた。これはニュートリノビームによって陽子の内部構造を測定し、強い相互作用の理論を検証するものであった。

彼の最後の大きな計画はALEPHであった。大型電子陽電子衝突型加速器の四つの検出器の一つである。

そこでは1989年以降、根本的な意義をもつ測定が成し遂げられた。

Zボソンはさまざまな粒子対に崩壊することができ、その中にはニュートリノとその反粒子への崩壊もある。そうした崩壊は目に見えない。しかしそれはZの寿命を縮め、それによってその共鳴曲線を広げる。

したがって測定された幅からは、 軽いニュートリノの種類がそもそもいくつあるのかを読み取ることができた。

答えは3であった。 2でも4でもなく、ちょうど3である。これによって粒子族の数はもはや仮定ではなく、測定値となった。

注目すべきはこの測定の仕方である。見えないものを、別のものがどれほど速く崩壊するかを観測することによって数えるのである。ステライルニュートリノについての問いはこれに触れられないままである。ステライルニュートリノはZボソンに結合しないはずだからである。

シュタインバーガーは晩年、気候の問題と科学の責任について繰り返し発言した。彼は軍縮と気候保護を求める呼びかけに署名し、 90歳を過ぎてもCERNに姿を見せていた。

彼は2020年、 99歳でジュネーブで亡くなった。フェルミを直接知っていた最後の人々の一人であった。

シュタインバーガーの仕事はニュートリノ物理学に一本の線を引いている。ミューオンの崩壊で二つの中性粒子が生じるという知見から、第二のニュートリノの検出を経て、それがちょうど三種類あるという確定に至る線である。

これによって、のちにニュートリノ振動が発見されうる舞台が整った。種類の数についての確かさがなければ、 PMNS行列は推測にとどまっていたであろう。

G. Danby ほか: Observation of High-Energy Neutrino Reactions and the Existence of Two Kinds of Neutrinos, Physical Review Letters 9, 36 (1962).
ALEPH共同研究グループ: Determination of the Number of Light Neutrino Species, Physics Letters B 231, 519 (1989).