가지타 다카아키

1. 개요

가지타 다카아키는 일본의 물리학자로, 1959년 사이타마현에서 태어났다. 도쿄 대학에서 이학 박사 학위를 취득하고, 슈퍼가미오칸데 실험을 통해 중성미자 진동 현상을 발견하여 중성미자가 질량을 가지고 있음을 밝혀냈다. 이 업적으로 2015년 아서 B. 맥도널드와 함께 노벨 물리학상을 수상했다. 그는 현재 KAGRA 중력파 검출기의 주요 연구자이며, 도쿄 대학 특별영예교수, 일본 학술 회의 회장을 역임했다.

2. 학창 시절 및 교육

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1959년 3월 9일, 사이타마현 히가시마쓰야마시의 농가에서 태어났다. 어릴 적부터 특별히 자연에 관심이 있었던 것은 아니었지만, 독서를 좋아하여 부모에게 "오차노미즈 박사가 되고 싶다"고 말한 적도 있었다.

암기보다 생각하는 공부를 좋아했고, 고등학교 수업에서는 물리학, 생물, 세계사, 일본사 등에 흥미를 가졌으며, 특히 지구과학을 좋아했다. 싫어하는 과목은 고문과 한문이었다. 중학교 시절 키는 150cm 정도였지만, 고등학교에 들어가서는 180cm를 넘을 정도로 컸다.

사이타마 대학에서 물리학을 전공하여 소립자에 관심을 갖게 되었다. 연구자가 될 자신감은 없었고 공부도 별로 하지 않았지만, 대학교 3학년 때 대학원에 진학하기로 결심했다. 성적은 초중학교에서는 벼락치기 공부로도 최상위권이었지만, 현내의 명문 고등학교에서는 중하위권이었고, 대학교 시절에는 고등학교 때부터 해오던 궁도부 활동에 열중하여, 대학원 입시는 전혀 풀지 못했다고 한다. 아내와는 사이타마 대학 궁도부에서 3학년 때 함께 부주장을 맡았다. 대학원에서 연구에 본격적으로 매달리게 된다.

사이타마 대학 이학부를 졸업 후, 도쿄 대학 대학원 이학계 연구과에 진학했다. 고시바 마사토시 연구실에 소속되어 이 무렵부터 고시바, 도쓰카 요지 아래에서 우주선 연구에 종사했다. 소립자에 특별히 강한 관심이 있었던 것은 아니었지만, "어쩐지 흥미가 있었다"라는 이유로 연구실을 선택했다고 한다.

학력 및 경력은 다음과 같다.

3. 연구 경력 및 업적

사이타마현히가시마쓰야마시 출신의 물리학자로, 전문 분야는 중성미자 연구이다. 1986년 도쿄 대학 이학부 부속 소립자 물리 국제 연구 센터 조수로 연구를 시작하여, 1988년 도쿄 대학 우주선연구소 조수, 1992년 조교수를 거쳐 1999년 교수가 되었다. 같은 해 우주 중성미자 관측 정보 융합 센터장을 겸임했다. 2007년부터는 도쿄 대학 국제고등연구소 우주 물리 수학 연구소 주임 연구원을 겸직했고, 2008년 도쿄 대학 우주선연구소장에 취임했다. 도쿄 대학에서 오랫동안 연구에 종사하여 조수, 부교수, 교수를 역임했으며, 2008년에는 우주선 연구소 소장에 취임했다. 동 연구소의 부속 우주 중성미자 관측 정보 융합 센터에서는 센터장을 겸임했다. 그 외, 카브리 수물리 연계 우주 연구 기구의 주임 연구원도 겸임했다. 또한, 도쿄 대학으로부터 2016년에는 특별 명예 교수의 칭호를 수여받았고, 2017년에는 탁월 교수 칭호를 수여받았다. 모교인 사이타마 대학으로부터 2015년에 펠로우로 임명되었다.

가지타는 현재 가미오카 관측소에 위치한 또 다른 ICRR 프로젝트인 KAGRA 중력파 검출기의 주요 연구자이다.

3.1. 중성미자 진동 발견

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중성미자 연구는 도쿄대 이학부 부속 소립자 물리 국제 연구 센터 조교가 된 직후인 1986년에 시작되었다. 가지타는 중성미자의 관측 수가 이론적 예측에 비해 크게 부족하다는 것을 발견하고, 이것이 중성미자 진동 때문이라고 생각했다. 중성미자 진동은 중성미자가 비행 중에 다른 종류의 중성미자로 변환되는 현상으로, 중성미자에 질량이 있어야만 가능하다. 이를 증명하기 위해 기후현 히다시에 위치한 중성미자 관측 장치인 가미오칸데에서 관측을 시작했다. 1996년에는 가미오칸데보다 용적이 15배나 큰 슈퍼 가미오칸데가 완성되면서 관측 데이터가 크게 증가했다.

1998년, 슈퍼 가미오칸데에서 가지타 연구팀은 우주선이 지구 대기권에 충돌할 때 생성된 중성미자가 가미오카 산 아래의 검출기에 도달하기 전에 두 가지 맛깔(flavor) 사이에서 변환된다는 것을 발견했다. 이는 중성미자 진동의 존재와 중성미자가 질량을 가지고 있다는 것을 증명하는 데 기여했다.

1996년부터 슈퍼 가미오칸데로 대기 중성미자를 관측하여 중성미자가 질량을 가지고 있다는 것을 확인하고, 1998년 중성미자 물리학·우주물리학 국제 회의에서 발표했다. 이듬해 1999년에는 제45회 니시나 기념상을 수상했는데, 이러한 성과는 모두 연구진에 의한 연구 덕분이라고 말했다. 2015년, 가지타는 아서 B. 맥도널드와 함께 노벨 물리학상을 공동 수상했는데, 노벨 물리학상 수상 이유는 ‘중성미자가 질량을 가지고 있다는 것을 증명하는 중성미자 진동의 발견’이다. 가지타와 맥도널드의 연구는 예측된 태양 중성미자 플럭스와 측정된 태양 중성미자 플럭스 사이의 큰 불일치로, 중성미자가 질량이 없다고 요구하는 표준 모형에 약점이 있음을 나타내는 오랫동안 지속된 태양 중성미자 문제를 해결했다. 같은 해 노벨 생리학·의학상을 수상한 오무라 사토시와 함께 문화훈장을 받았다.

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2015년에 가지타의 노벨 물리학상 수상 이유가 된 ‘중성미자가 질량을 가지고 있다는 것을 증명하는 중성미자 진동의 발견’은 가지타의 선배이자 스승이기도 한 도쓰카 요지를 중심으로 이뤄진 연구 덕분이며, 가지타는 도쓰카의 후계자로서 노벨 물리학상을 수상하는 모양새가 됐지만 도쓰카 본인은 2008년에 암으로 사망했기 때문에 만약 도쓰카가 살아있었다면 가지타와의 공동 수상을 했을지도 모른다며 아쉬워 하는 이도 있었다. 가지타 자신도 노벨 물리학상 수상 발표 당시의 기자회견에서 ‘도쓰카씨가 살아있었다면 공동 수상을 했을 거라고 생각하느냐’라는 질문에 ‘네, 그렇게 생각합니다’라고 말했다. 노벨상 발표 직후 도쿄 대학에서 열린 기자 회견에서 가지타는 "물론 중성미자에게 감사하고 싶습니다. 그리고 중성미자는 우주선에 의해 생성되므로, 우주선에게도 감사하고 싶습니다."라고 말했다. 노벨상을 받은 후 가지타가 가장 먼저 전화한 사람 중 한 명은 2002년 노벨 물리학상 수상자인 그의 전 멘토이자 동료 중성미자 연구자인 고시바 마사토시였다.

3.2. 가미오칸데와 슈퍼 가미오칸데

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중성미자 연구는 도쿄대 이학부 부속 소립자 물리 국제 연구 센터 조교가 된 직후인 1986년에 시작되었다. 가지타는 중성미자의 관측 수가 이론적 예측과 비교하여 대폭 부족하다는 것을 깨닫고, 이것이 중성미자 진동 때문이라고 추측했다. 중성미자 진동은 중성미자가 이동 중에 다른 종류의 중성미자로 변하는 현상으로, 중성미자에 질량이 있다는 것을 의미한다. 이를 증명하기 위해 기후현 가미오카정(현 히다시)에 있는 중성미자 관측 장치인 가미오칸데를 이용해 관측을 시작했다.

1996년에는 가미오칸데보다 용적이 15배나 큰 슈퍼 가미오칸데가 완성되면서 관측 데이터가 비약적으로 증가했다. 슈퍼-가미오칸데에서 가지타의 연구팀은 우주선이 지구 대기권에 부딪힐 때 생성된 중성미자가 가미오카 산 아래의 검출기에 도달하기 전에 두 가지 맛 사이를 전환한다는 것을 발견했다. 이는 중성미자 진동의 존재와 중성미자가 질량을 가지고 있다는 것을 증명하는 데 기여했다. 1998년 중성미자 물리학·우주물리학 국제 회의에서 발표했다. 이듬해 1999년에는 제45회 니시나 기념상을 수상했는데, 이러한 성과는 모두 연구진에 의한 연구 덕분이라고 말했다.

4. 수상 및 영예

가지타 다카아키는 중성미자 연구 업적을 인정받아 많은 상을 받았다. 주요 수상 내역은 다음과 같다.

4.1. 학술상

4.2. 명예

5. 사회 활동

가지타 다카아키는 사회 활동에도 참여하고 있다.

5.1. 일본 학술 회의

2017년부터 일본 학술회의 회장(제25기)을 맡고 있다.

6. 성격 및 일화

가지타 다카아키는 스스로 "성실하고 낙관적인 성격"이라 평가하며, 이러한 성격 덕분에 연구를 계속할 수 있었다고 말한다. 부인과 동료 교수인 시오자와 마사토, 나카야 쓰요시 등 주변 사람들은 그를 냉정하고 온화하며 감정을 잘 드러내지 않는 인물로 묘사한다. 특히 화를 내는 모습을 거의 보이지 않는다고 한다. 지도 교수였던 고시바 마사토시는 가지타가 겸손하고 소극적인 면이 있어 학생 시절 토론에는 적극적이지 않았지만, 실험에는 매우 열정적이었다고 회상한다.

중학교 시절 담임 교사는 가지타를 선생님 말씀을 잘 듣는 솔직한 학생으로 기억하지만, 온화하고 소극적인 성격으로 수업 시간에 적극적으로 발언하지는 않았다고 한다. 가지타는 특별한 취미가 없고, 음주나 흡연도 하지 않으며, 휴일에는 도야마현 도야마시의 자택에서 주로 잠을 자거나 텔레비전 뉴스를 시청하는 것으로 알려져 있다. 어린 시절에는 부모님에게 주의를 받을 정도로 독서를 좋아해 숨어서 책을 읽을 정도였다고 한다.

7. 저서

7.1. 단독 저서

* ニュートリノで探る宇宙と素粒子^일본어, 헤이본샤, 2015년. ISBN 978-4-582-50305-0
* ニュートリノ 小さな大発見^일본어, 아사히 신문 출판, 2016년. ISBN 978-4-02-263045-2
* 探求する新しい科学 1~3^일본어, 도쿄 서적, 2020년.

7.2. 공저

梶田隆章^일본어는 다음 저서들을 공동 저술했다.

* 히라바야시 히사시, 마스카와 도시히데, 아키미쓰 준, 긴바야시 고, 다테이시 마사아키, 마루야마 다케토와 공저, 《자연의 수수께끼와 과학의 낭만(상)》, 신일본 출판사, 2003년.
* 도쓰카 요지와 공저, 《지저에서 우주를 탐구하다 - 중성미자 질량이 발견되기까지》, 이와나미 서점, 2016년.

또한, 다음 논문들을 공동 저술했다.

* 아리사카 가쓰시, 후지이 다다오, 가지타 다카아키, 고시바 마사토시 외, 〈양자 붕괴 실험 I: 몬테카를로 계산〉, 《일본 물리학회 연회예고집》, 36권 1호, 1981년.
* 아리사카 가쓰시, 후지이 다다오, 가지타 다카아키, 고시바 마사토시 외, 〈양자 붕괴 실험 II: 20인치 광전자 배증관 테스트〉, 《일본 물리학회 연회예고집》, 36권 1호, 1981년.
* 나카무라 겐조, 가지타 다카아키, 〈양자의 붕괴 - 중입자수의 비보존〉, 《수리과학》, 사이언스사, 26권 11호, 1988년.
* 도쓰카 요지, 가지타 다카아키, 〈초신성 중성미자의 관측〉, 《수리과학》, 사이언스사, 31권 1호, 1993년.
* Kearns Edward, 가지타 다카아키, 도쓰카 요지, 〈중성미자 질량의 발견〉, 《닛케이 사이언스》, 29권 10호, 1999년.