坂田 正一

坂田 正一
坂田 昌一
1949年の酒田
生まれる	( 1911-01-18 )1911年1月18日 東京、大日本帝国
死亡	1970年10月16日(1970-10-16)（59歳） 名古屋、日本
国籍	日本語
知られている	2中間子理論 坂田模型 牧・中川・坂田行列
科学者としてのキャリア
フィールド	物理
機関	名古屋大学 大阪大学 京都大学 理化学研究所
著名な学生	小林誠 益川敏英

坂田 昌一（さかたしょういち、1911年1月18日 - 1970年10月16日）は、日本の 物理学者、マルクス主義者であり、素粒子に関する理論的研究で国際的に知られていた。^{[1] [2]}彼は、2中間子理論、坂田模型（クォーク模型の初期の前身）、およびポンテコルボ・牧・中川・坂田ニュートリノ混合行列を提唱した。

第二次世界大戦後、彼は他の物理学者らとともに原子力の平和利用を求める運動に参加した。^[1]

坂田は1911年1月18日、東京で公務員の家庭に生まれた。坂田は、坂田辰衛と 坂田幹太の6人兄弟の長男であった。坂田が生まれた当時、幹太は桂太郎首相の秘書官であり、桂太郎が坂田の名付け親となった。1924年、兵庫県の江南中学校在学中に、坂田は物理学者の荒勝文作に教えを受けた。1926年から1929年、江南高等学校在学中に、坂田は著名な物理学者石原順の講義に出席した。坂田はまた、後にフリードリヒ・エンゲルスの未完の著作『自然の弁証法』を日本語に翻訳することになる加藤忠とも親交があった。坂田によれば、『自然の弁証法』とウラジーミル・レーニンの1909年の著作『唯物論と経験批判』が彼の思想形成に影響を与えたという。^{[3] [4]}

坂田は1930年に京都帝国大学に入学した。2年生の時、坂田の義理の大叔父である仁科芳雄が京都帝国大学で量子力学の講義を行った。坂田は講義を通じて、日本人初のノーベル賞受賞者である湯川秀樹と朝永振一郎と知り合った。大学卒業後、坂田は1933年に理化学研究所で朝永、仁科とともに働き、 1934年に大阪帝国大学に移って湯川のもとで働いた。湯川は1935年に中間子理論に関する最初の論文を発表し、坂田は中間子理論の発展のために彼と緊密に協力した。中性核力伝達粒子の存在の可能性
π⁰
彼らによって仮説が立てられた。^[5]坂田は湯川に伴われて1939年に京都帝国大学の講師に就任した。

坂田と井上は1942年に2中間子理論を提唱した。^[6] 当時、宇宙線の硬い成分で発見された荷電粒子は、湯川中間子（
π^±
、核力キャリア粒子）。この誤解は、発見された宇宙線粒子に関する謎を招いた。坂田と井上は、宇宙線粒子を、宇宙線が生成した娘荷電フェルミオンであると特定することで、これらの謎を解いた。
π^±
崩壊。新しい中性フェルミオンも導入され、
π^±
フェルミオンに崩壊する。

これらの荷電フェルミオンと中性フェルミオンは、第二世代のレプトンμと
ν
_μ現代語で。その後、彼らは湯川粒子の崩壊について議論した。

坂田と井上はミューオンの正しいスピン割り当てを予測し、また2番目のニュートリノも導入した。彼らはそれをベータ崩壊ニュートリノとは別の粒子として扱い、ミューオンの3体崩壊を正しく予測した。坂田と井上の2中間子理論論文の英語版の印刷は1946年まで遅れたが、^[7] π→μν崩壊の実験的発見の1年前であった。

坂田は1942年10月に名古屋帝国大学教授に就任し、死去するまで同大学に在籍した。太平洋戦争終結後の1947年10月、同大学の名称は名古屋大学と改められた。坂田は戦後、名古屋の研究グループを民主主義の理念のもとに再編した。

坂田は1954年5月から10月まで、ニールス・ボーアとC・モラーの招きでニールス・ボーア研究所に滞在した。滞在中、坂田は若い日本の素粒子物理学者の研究を紹介する講演を行い、特に中野と西島によって発見された、強く相互作用する粒子（ハドロン）間の経験的関係^{[8] [9]} 、現在では中野-西島-ゲルマン（NNG）則^{[8] [9] [10]}として 知られている関係を強調した。

坂田が名古屋に戻った後、坂田と彼の名古屋グループは、NNGルールの背後にある物理を解明するための研究を開始した。その後、坂田は1956年に坂田モデル^{[11]を提唱し、強く相互作用するすべての粒子の基本的な構成要素は}陽子、中性子、ラムダ重粒子で あると仮定することでNNGルールを説明した。正に帯電したパイ中間子は、フェルミ-ヤン複合湯川中間子モデルと同様に、陽子と反中性子から構成され、^[12] 正に帯電したカ中間子は陽子と反ラムダで構成され、坂田モデルのNNGルールを説明することに成功した。整数電荷を除けば、陽子、中性子、ラムダは、それぞれアップクォーク、ダウンクォーク、ストレンジクォークと同様の特性を持つ。

1959年、池田、小川、大貫^{[13] [14]} 、および独立に山口^{[15] [16]は、坂田模型の}U(3)対称性 を発見した。U(3)対称性は 、マレー・ゲルマンによる八重の法則^[17]のアイデア(1961)でハドロンを数学的に記述する。坂田のモデルは、1964年にゲルマンおよびジョージ・ツヴァイクによって提案されたクォークモデルに取って代わられた。このモデルは、U(3)対称性を保ちながら、構成要素を分数電荷とし、観測された粒子と同一視できるという考えを否定した。それでも、日本では、坂田のモデルと並行する整数電荷のクォークモデルが1970年代まで使用され、現在でも特定の分野で有効な記述として使用されている。

坂田のモデルは、ハリー・J・リプキンの著書「歩行者のためのリー群」 （1965年）で使用されました。 ^[18] 坂田モデルとそのSU(3)対称性は、教科書「素粒子の弱い相互作用」（LBOkun 、 1965年）でも説明されました。 ^[19]

1959年、ガンバ、マーシャク、大久保^[20]は 、坂田の重粒子三重項（陽子、中性子、ラムダ重粒子）が弱い相互作用の点でレプトン三重項（ニュートリノ、電子、ミューオン）と驚くほど類似していることを発見した。複合モデルの枠組みでこの類似性の背後にある物理を説明するために、1960年、坂田は名古屋大学の同僚であった牧、中川、大貫^[21]とともに、レプトンを含むように複合モデルを拡張した。 拡張されたモデルは「名古屋モデル」と名付けられた。その後まもなく、2種類のニュートリノの存在が実験的に確認された。1962年、牧、中川、坂田^[22] 、そして片山、松本、田中、山田^[23]は 、2つの異なるタイプのニュートリノを複合モデルの枠組みに組み込んだ。

1962年の牧、中川との共著論文では、ゲルマン・レヴィの修正普遍性提案を用いて、後にカビボ角として知られることになる弱混合角を定義し、それをレプトンに拡張してニュートリノの弱固有状態と質量固有状態を明確に区別し、ニュートリノフレーバー混合角を定義するとともにニュートリノフレーバー振動を予測した。ニュートリノフレーバー混合行列は現在、牧・中川・坂田行列と名付けられている。牧・中川・坂田の論文で導入された非自明なニュートリノ混合は、現在ではニュートリノ振動実験を通じて実験的に確認されている。

坂田模型で初めて発見されたU(3)対称性は、ゲルマンとツヴァイクのクォーク模型構築の指針となった。坂田と井上の2中間子理論は、1950年頃に世界で広く知られるようになった。

2008年の物理学賞受賞者である 南部陽一郎、益川敏英、小林誠は対称性の破れに関する研究で受賞したが、いずれも彼の指導と影響を受けた。^[24]名古屋模型の弱いカレントにおけるバリオン混合は、後の1973年のカビボ・小林・益川行列の着想の元となった。この行列は、クォークが自由に伝播するときと弱い相互作用に参加するときの、クォークの量子状態の不一致を規定している。しかし物理学者は一般的に、第3世代のクォーク（「トップ」クォークと「ボトム」クォーク）が素粒子の 標準モデルに導入されたのは、1973年の小林と益川の論文によるものだと考えている。

牧、中川、坂田らが予測したニュートリノ振動現象が実験的に確認された（2015年ノーベル物理学賞）。

ケント・ステイリー（2004）は、彼らの論文の歴史的背景を説明し、名古屋大学の理論家たちのほとんど忘れ去られた役割^{（要説明）と彼らが開発した「名古屋モデル」を強調している。名古屋モデルの著者の何人かは}弁証法的唯物論の哲学を受け入れており、彼はそのような形而上学的コミットメントが物理的な理論化において果たす役割について論じている。理論的および実験的発展は日本で大きな関心を呼び、最終的には小林と益川の1973年の研究を刺激したが、米国ではほとんど注目されなかった。このエピソードは、新しい理論を開発する際の検証不可能な「テーマ」の重要性と、研究コミュニティの2つの部分が互いに比較的孤立して作業する場合に生じる可能性のある困難の両方を例示している。^[25]

坂田昌一の「坂田模型」はマレー・ゲルマンとジョージ・ツヴァイクのクォーク模型に影響を与えたが、1969年の賞はマレー・ゲルマンにのみ授与された。その後、ノーベル物理学賞委員会の委員であったアイヴァー・ウォーラーは、坂田が賞を受賞しなかったことを残念に思った。^[26]

1970年9月、湯川秀樹はウォーラーに手紙を丁寧に書き、推薦書が書かれた当時坂田は病気だったが、それ以降、彼の状態は著しく悪化したと伝えた。3週間後、坂田は亡くなった。湯川はウォーラーに、坂田に賞が与えられれば、彼は大きな名誉と励ましを得ただろうと伝えた。そして、日本の一流の素粒子物理学者を代表して、坂田の功績についてノーベル委員会がどう考えているか知りたいと尋ねた。そうすれば、委員会も慰められるかもしれないからだ。^[26]

• 1948年朝日賞
• 1950年日本学士院恩賜賞
• 瑞宝章( Zuihōshō ) 1970年

• ヌスバウム、ルイ・フレデリック、ケーテ・ロス (2005)。『日本百科事典』ケンブリッジ：ハーバード大学出版局。ISBN 978-0-674-01753-5 ; OCLC 58053128 

• 理論物理学と自然の弁証法 – 1947 年 6 月
• 現代科学の哲学と方法論 – 1968
• エンゲルスの「自然の対話」 - 1969 年 7 月
• CP違反とフレーバーミキシング