사카타 쇼이치(일본어: 坂田 昌一, 1911년 1월 18일 ~ 1970년 10월 16일)는 일본의 이론물리학자로, 나고야 대학 교수를 지냈다. 유카와 히데키, 도모나가 신이치로와 함께 20세기 일본 입자물리학 연구를 주도한 인물로 평가된다.
생애
1911년 도쿄부 도쿄시 고지마치구(현 도쿄도 지요다구)에서 태어났다. 아버지 사카타 미키타는 내무관료 출신의 귀족원 의원이었다. 효고현의 구제 고난 고등학교를 거쳐 1933년 교토 제국대학 이학부 물리학과를 졸업하였다. 이후 이화학연구소(리켄)에서 도모나가 신이치로, 니시나 요시오와 함께 연구했으며, 1934년 오사카 제국대학으로 옮겨 유카와 히데키와 공동 연구를 진행했다. 유카와가 중간자 이론을 발표한 1935년 전후의 관련 논문들에 공저자로 참여했고, 1939년 유카와를 따라 교토 제국대학 강사가 되었다. 1942년 나고야 제국대학(현 나고야 대학) 교수로 부임하여 사망할 때까지 그곳에 재직했다.
주요 업적
- 2중간자론(二中間子論): 1942년 이노우에 겐(井上健)과 함께, 우주선에서 관측된 입자와 핵력의 매개 입자로 가정된 중간자를 서로 다른 입자로 구분하는 이론을 발표했다. 이 이론은 1947년 파이 중간자와 뮤온의 관계가 실험적으로 확인되면서 증명되었다. 이 이론은 사실상 뮤온과 두 번째 중성미자의 존재를 예견한 것으로 평가된다.
- 혼합장 이론: 1948년 양자전기역학에서 나타나는 질량 무한대 발산 문제를 해결하기 위해 이노우에 겐, 다카기 슈지, 하라 오사무와 함께 '응집력장'을 도입한 혼합장 이론(C 중간자 이론)을 발표했다. 다만 이 이론은 진공 편극의 발산까지 제거하지 못하는 한계가 있었고, 이후 도모나가 신이치로의 재규격화 이론으로 문제가 해결되었다.
- 사카타 모형: 1956년 강하게 상호작용하는 입자(하드론)의 근본 구성 요소를 양성자, 중성자, 람다 중입자로 보는 복합 모형을 발표했다. 이 모형은 나고야 모형(1960), 신 나고야 모형(1962)으로 발전되었으며, U(3) 대칭성의 발견은 이후 겔만과 즈바이그의 쿼크 모형(1964)에 영향을 주었다. 쿼크 모형이 등장한 뒤 사카타 모형 자체는 대체되었으나, 사카타 본인은 쿼크 모형을 지지하는 입장을 취했다.
- PMNS 행렬: 1962년 마키 지로, 나카가와 마사미와 함께 중성미자의 종류 구분과 중성미자 진동을 예측하는 논문을 발표했으며, 이 논문에서 제시된 중성미자 혼합 행렬은 폰테코르보·마키·나카가와·사카타 행렬(PMNS 행렬)로 명명되었다. 중성미자 진동은 이후 실험으로 확인되었고 관련 연구는 2015년 노벨 물리학상 수상으로 이어졌다.
이 밖에 소립자가 무한한 계층 구조를 가진다고 보는 '무한계층론'을 제창했으며, 이론적 기초로 변증법적 유물론을 중시한 것으로 알려져 있다.
제자와 영향
사카타 학파로 불리는 다수의 연구자를 길러냈으며, 오가와 슈조, 마키 지로, 오쓰키 쇼이치로, 우메자와 히로오미 등과 함께 2008년 노벨 물리학상 수상자인 고바야시 마코토, 마스카와 도시히데도 그의 지도를 받았다. 고바야시와 마스카와의 1973년 논문에 나오는 CKM 행렬은 사카타 일파의 나고야 모형에서 영향을 받은 것으로 설명된다.
1969년 노벨 물리학상은 사카타 모형의 후속 이론인 쿼크 모형을 제안한 머리 겔만에게만 수여되었고, 노벨 위원회 위원이바르 월러는 사카타가 수상하지 못한 점을 유감으로 표했다고 전해진다. 사카타는 1970년 10월 병으로 사망했으며, 말기에 유카와 히데키가 노벨 위원회와 서신을 주고받은 기록이 남아 있다.
사회 활동과 수상
제2차 세계 대전 이후 원자력의 평화적 이용을 위한 운동에 참여했으며, 1946년에는 나고야 대학에서 대학원생 이상의 연구원이 동등하게 참여하는 운영 방식을 담은 '물리학 교실 헌장'을 선언했다. 1964년 마오쩌둥과 회담했으며, 이 회담을 계기로 중국에서 소립자의 무한 계층 구조를 다루는 '층자(层子)' 이론 연구가 진행되었다는 기록이 전해진다.
주요 수상 내역은 다음과 같다.
- 1948년: 아사히상(2중간자 가설), 주니치 문화상
- 1950년: 일본학사원 은사상
- 1970년: 종3위 훈2등 서보장
주요 저서로 《물리학과 방법》(1947), 《과학과 평화의 창조》(1963), 《새로운 자연관》 등이 있다.
