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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).
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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―」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で意外な発見 他実験の結果 A B C
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 92949698000204060810→ Super-Kamiokande T2K CHORUSOPERA 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. DONuTCollaboration(2001)“Observation of tau neutrino interactions”PhysicsLetters 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) CHORUSDONUTOPERA 正式名称 WA95E-0872CNGS1 時期 94~0697~0806~現在進行中 目的(一般的) νμ→ντντνμ→ντ セットアップ CERN→(1km)FermilabCERN→グランサッソ(730km) ビーム 800GeV/c 検出器 bulkbulkとECCECC 読み取り装置 TS,NTSUTSS-UTS 解析手法 SCANBACKNETSCANSCANBACK/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) 40050800 ・金(億)