米私立総合大学から目指すPhysics PhD 〜機械学習を使って新しい物理を見つける〜【海外大学院受験記2023-#5】

XPLANE連載企画「海外大学院受験記」では、海外大学院への出願を終えたばかりの方の最新の体験を共有していただいています。2023年度の第3回である今回は、この秋からカーネギーメロン大学の博士課程(物理学)に進学予定の金村さんに寄稿していただきました。

目次

1. 自己紹介

ボストンを流れるチャールズ川

2023年5月にアメリカ、マサチューセッツ州ボストンにある、Northeastern Universityで数学と物理の学位を取得し、2023年9月から同国Carnegie Mellon University (以後 CMU) の物理博士課程に進学予定の金村真奈美です。2022年前半にNSF AI Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions (IAIFI) 、夏にCMUで機械学習を用いた素粒子物理の解析やアルゴリズムの開発をしていました。今秋からCMUでお世話になった教授の元で実験素粒子物理と機械学習の融合分野の研究をする予定です。

2. 大学院留学を志した理由・きっかけ

私が大学院に進学したいと思ったきっかけは、大学で素晴らしい研究者の方々と一緒に研究できたことです。私は大学在学中に半年間、IAIFIでフルタイム研究員としてポスドクの方と研究プロジェクトに取り組んでいました。その分野においてほぼ初学者のような私に辛抱強く教えてくださったり、学んでいる証拠だと言って私のミスを一度も責めることなく何度もチャンスを与えてくださったりする中で、このような大人になりたいと思いました。その後CMUでのサマーインターンで、自分が学ぶことだけでなく、周囲の仲間たちと一緒に学び高めあう必要性を体験することができました。そこで指導をしてくださったポスドクのメンターには今でも頻繁に連絡を取り合うほどによくしていただいています。大学院出願の際にもたくさんのアドバイスをいただきました。

また、人間としてだけではなく、研究者の卵として授業で習ったレベルを実際の研究レベルにまで持って行く経験を楽しんだことも、大学院留学を志した理由の一つです。特にIAIFIでの研究を通して、授業でconceptual なニューラルネットワークを習ったものの、実際に複雑なモデルを組んだことがなかったところから、自分でそのようなモデルを実装することで、さらに理解が深まりました。もちろん簡単な道のりではありませんでしたが、この経験が自分に研究者として生きていく自信をくれました。

3. 出願体験記

a. タイムライン

年単位のスケジュール

2022年7月末 – 推薦状を書いてもらう人を3人選定+ 推薦状執筆依頼
2022年8月末 – 奨学金の出願
2022年9月 –  出願先のリストを完成させる
2022年10月末 – Statement of Purpose 等、必要なエッセイのドラフト
2022年11月 – 色々な人にSoPを読んでもらう
(私の場合は、直近2年間にアメリカ博士課程に出願した友人+推薦状を書いてくださった方のうち一人+一緒に学部生のTAをやっていた大学院生+大学のWriting Centerで働いていた英文科卒の教授に読んでいただきました)
2022年12月15日 – 全大学出願

出願スケジュール

出願直前の秋学期は大学生活の中で一番忙しかったセメスターでした。授業を取りつつ、学部生の物理のTAをやりつつ、出願準備…ですが、個人的に人生で一二を争うくらいにスケジュール管理がうまくいったと思います。

火曜日午後に授業がなかったので、毎週火曜14時から17時まで出願準備の時間を作りました。この時間内にその週にやるべき全ての出願に関わるタスクを消化し、逆にこの時間以外では出願準備をしませんでした。毎週3時間もあればかなりスムーズにできると思います。

b. Statement of Purpose (SoP)

物理の大学院進学にあたり、SoPは選考書類の中でもかなり重要です(分野にもよりますが、物理の博士課程の選考では重要です)。私はXPLANEのSoPの記事を参考にアウトラインを考えました。XPLANEはSoPの執筆プログラムを開催しているのですが、残念ながら私の研究背景にマッチするメンターの方がおらず、上記のXPLANEのサイトと友人を頼りに書き上げました。また、SoPのアウトラインに2週間費やしましたが、一旦いいアウトラインが書けると本文もスラスラとかけるのでアウトラインを丁寧に仕上げましょう。

参考までに、私のSoPの大まかなアウトラインは以下の通りです。

Introduction

How my coursework during undergraduate prepared me well for research

How my research experiences took me out from the textbooks to the real-world problems

  1. Project 1 at IAIFI
    1. My first exposure to the intersection between particle physics and machine learning
    2. It was tough but I learned a lot and actually enjoyed doing that
  2. Project 2 at CMU
    1. Gave me confidence on my skillsets yielded by project 1
    2. Started learning a new thing a little smoother than project 1

Why I NEED to work with a professor, the importance of me being in the certain university

Not only me learning through the research, but also I can provide learnings to others just like how I did as a TA

Conclusion 

表現等はいくらでも変えられるので、まずは第1稿を書き上げられるようにし、その後Writing Centre等で文法や表現を見直してもらいましょう。内容は教授や知り合いの大学院生に頼みましょう。

Done is better than perfect 

by Mark Zuckerberg

c. 奨学金

マルコさんの記事の通り、日本の奨学金はほとんどが留学開始前の人が対象で、アメリカの奨学金はアメリカ人のみです。マルコさんや私のように、アメリカの大学に通っていた場合は「留学開始後」に当たりますので、限られた国内奨学金を当たることにしました。

私は、奨学金はないよりあったほうがいいし、出願前に奨学金の結果が出ればそれもアピールポイントに使えると思っていたので船井情報科学振興財団に出願しました。幸運にも、船井財団に選んでいただき、2023年から二年間ご支援をいただけることになりました。

こういった奨学金の類いは個々の出願状況に寄りますが、私はぜひ奨学金に応募することをお勧めします。これには二つの大きな理由があり、一つ目は奨学金への出願準備が実際の大学院出願への準備になるということです。船井財団は推薦状を3通課すのですが、この時の条件が実際に大学院へ出願する時の推薦状と類似した内容のものです。船井財団の締め切りは6-9月ですが、秋学期が始まってしまうと、授業を持っている教授はとても忙しくなるので9月以降に推薦状をお願いしづらくなってしまいます。ですので、前もって教授に推薦状をお願いすることはもちろん、奨学金への応募を通してある程度完成系に近い推薦状を夏の間に書いていただくことで秋以降の教授の負担もぐんと減ります。また、私たち学生にとっても奨学金出願時の応募書類(大学院の志望動機、今後の展望等)はSoPを書く上でも非常に参考になるため、一度自分のアイデアを文章に書き起こしておくことで、出願時のSoPが書きやすくなります(まっさらなキャンバスにいきなり絵を書くより、下書きである程度の構成を考えておくとスムーズに色を乗せられるのと同じです)。

もう一つの理由は財団を通してネットワークが築けるからです。船井財団をはじめ、国内の奨学金を提供してくださっている財団の多くは財団生同士の関係を重要視しています。異国の地で、母国語ではない言語で世の中の最先端を追求していくのは簡単ではありません。ですから日本人の知り合いがいると、だいぶ心強いです。

d. 出願校選び

これに関しては、教授に相談することを強くお勧めします。私は当初5校ほど出願候補であげていましたが、教授から16校くらい受けるのが普通と言われました。教授たちは普段予算獲得のために奮闘してくださっています。しかし、予算をとるのも運によるものがあるため、たまたまその年に予算が取れず、学生を取れないこともあるからだそうです。そのため、できるだけ多くの大学に出願をお勧めします

できるだけたくさんの大学院に出願することをおすすめする一方で、出願費が嵩んでいくのも事実です。特に留学生として受験する場合はfinancial wavier に申請できないので実費を払う必要があります。私は当初13校をリストアップし、出願費のみで$1400ほどでした。これは流石に多すぎだと思い、各大学のウェブサイトを読み漁っていたらどうやら一定の条件を満たせば出願費が免除になる大学があることを見つけました。例えば、Yale 大学やNotre Dame 大学は過去に特定のイベントや会議に出席したことがある学生に出願費を免除しています。私はこの制度を利用し、$350節約しました。アメリカ国内で物理を専攻している女性の皆さん、Conferences for Undergraduate Women in Physics (CUWiP)おすすめです!

もちろん$350節約しただけでは$1400 – 350 = $1050になるだけで、少し予算をオーバーしたので、結局出願数を減らし、10校に出願しました。

また、その出願校を選ぶ際には教授に「必ず」出願先のお勧めの教授を聞くようにしましょう。これはものすごく重要です。アカデミアは広く大きいようで狭い世界なので、教授クラスになれば大体みんな顔見知りです(特に実験素粒子物理)。となれば、その教授だけでなく、その人の下で働いている学生の評判も自ずと耳に入ってくるそうです。自分がその教授のもとで勉強・研究して成長できそうか、また、教授は人格者か(他人の前で説教をしない、社会人としての常識があるか、など)などを鑑みた教授セレクションをお願いしましょう。私はこれを大学院出願時に実践してうまくいきました。

e. 出願校選びの裏技

最後に、裏技のようなものを紹介したいと思います。

裏技1: 根回し

教授にとって博士課程の学生をとるということはウン千万ドル以上の投資を5-6年間するようなものです。もし読者の皆さんがそんな大きな投資をするといったら、見も知らずの学生にポンと大金を渡すでしょうか。普通、かなり難しいですよね。ですから、教授にとって実際に一緒に研究をしたことがある学生、もしくは自分が受け持っていた学生の知り合い等、何かしら人間味が感じられる学生(書類上でしか見たことがない学生との対比)の方が投資しやすいのが現実です。ですので、可能であれば過去に一緒に研究したことのある教授に連絡してみたり、指導してくれたポスドクの人に指導教員を紹介してもらったり、指導教員の友達を紹介してもらうなど、コネをつかいまくりましょう。アメリカのアカデミアはネットワークがとても重要です。

裏技2: 事前コンタクト

教授への事前コンタクトはとっっっても重要だと個人的には思います。これには以下の理由があります。

・教授が出願年に学生を取るか聞けるから
・Zoom meetingを個別にセッティングしてくださる場合があるから

残念ながら予算の都合で学生を取りたくても取れない場合があり、親切な教授は「来年は予算の都合で学生を取れないかもしれないんだ」という旨の返信をしてくださります。こういう時は素直に教えてくださる教授に感謝して、他の大学をあたりましょう。私は今回一人の教授がそのような返信をしてくださり、また類似研究をしていて学生を採っている別の教授を紹介していただきました。その教授は出願前にZoomで30分ほど話す機会を設けてもらい、研究テーマの理解や相違点をよく知ることができました。Zoomで話せる機会を設けていただいたのはその教授の他に4人ほどいました。どの教授も自身の研究テーマについて話すだけでなく、私の興味についても熱心に耳を傾けてくださいました。ラボの雰囲気だけでなく、教授の人柄も知ることができるのでZoomで話そうとお誘いを受けたらぜひ乗りましょう!

しかし、そのような返信をしてくださる教授はほんの一握りで、大抵の場合は返信がありません。挫けずに次に進みましょう。返信がないからといって、その大学に落ちるわけではありません。また、教授の中には事前コンタクトを嫌う方も一定数います。これは、メールボックスが荒らされるのを嫌うからだと思います。しかし、それは向こうの都合で、「無視したければ無視して結構、でも私は送るぞ!」くらいの気概を持って送ってみましょう。アカデミアにガッツは必須です。

f. GRE general/GRE physics

今回の出願に際し、GRE General のみ一回受験しましたが、あまり点数がよくなかったので結局テストスコアは提出しませんでした。ですが、どの大学もGREはoptionalだったためそこまで影響はなかったと思います。

GRE Physicsは、目指している大学院を受験する層(ライバルたち)よりも自分の通う大学の物理の評判が低い場合に、自分も同じくらいの物理の知識があるぞとアピールするためのものだと言われます。もし、アメリカの大学に現在通っている人で物理の博士課程進学を希望している人は一度教授に自分の目指しているレベルの大学院出願について相談してみることをお勧めします。CMUの場合、Northeastern Universityからの出願であればGRE Physicsはいらないと知り合いの教授から伺ったため、私は受験しませんでした。

4. 進学先選びについて

私は10校出願し、4校から合格、そのうち1校からはscharlorship をいただくことができましたが、その大学からのオファーは辞退させていただきました。この決断に至ったのには、進学先選びにおける以下の要素を考慮したためです。また、この記事内では、合格を頂いたのにも関わらずdeclineした大学を匿名でA大学、B大学、C大学とさせていただきます。

a. ラボ内での研究プロジェクトがどのくらい自分の興味と一致しているか

合格をいただいた全ての大学へ対面でのCampus Visitに参加し、そこで一人一人の教授とお話しさせていただきました。そこで学生を育てる時の方針や研究テーマについて深く知ることができ、その時のミーティングをベースにラボを選びました。

b. 教授の指導方針

教授の指導方針の好みは人それぞれですので、ここでは私の好みでお話しさせていただきます。教授の指導方針は大きく分けて、放任主義 とhands-on主義があります。放任主義は学生が基本的に自分でタスクをこなし、成果が出たら教授とcheck-inするタイプである一方、hands-on主義は、一つのプロジェクトを通して、教授と学生が綿密に連絡を取り合い、一つ一つのステップを確認しながら進めていくタイプです。私は後者の方が自分の学びのスタイルに沿っていたため、hands-on主義の教授を選びました。具体的には週一で教授と一対一のミーティングがあるかを一人一人の教授に伺っていました。

特に博士課程最初の2年は何もわからない赤ちゃん状態だと思うので、教授も満足する程度まで育つよう、hands-on主義はおすすめです。もちろん、一人で立てるくらいまで成長したらいつかは放任主義になるのですが…

c. 大学周辺の環境

これは都市部に住みたいか、郊外に住みたいか、田舎に住みたいかということです。学部5年間をボストンという都会で過ごしたので、アメリカの田舎(本当に何もない)のような場所での生活は厳しいかなと感じていました。さらにB大学へのCampus Visitを通して、郊外もかなり厳しいなという印象を受けました…一応大都市から車で2時間の距離でしたが、普段キャンパス周辺で生活するとなると、アジアンスーパーが1つ、boba shopも最近できた1つのみ、あまり新しいレストランができない…という環境でした。これは次の「d. 博士課程のお給料での生活環境」でも触れますが、大都市になるほど生活コストは嵩むので、自分の住みたい環境と生活コストのバランスが重要です。その土地に今後5-6年住むということですから、環境要因は大きいのです。

MLBチームピッツバーグ・パイレーツが本拠地とするPNC Park

d. 博士課程のお給料での生活

博士課程では経済的に自立したいと思っていたので、お給料(or 奨学金)で家賃、食費、娯楽費等全て賄えるかが重要な要素になりました。A大学は大都市にあり、かなり魅力的だったのですが、お給料が概算生活コストより少なく、自分の最低限の生活を維持するには貯金を切り崩すか、アルバイト・インターンをしなければいけなかったため残念ながら進学先には選ぶことができませんでした。一方で、CMUはそこそこ街が栄えており(異論は認めます)、bobaも大学近くに一店舗、アジアンスーパーもいくつかあり、自炊に疲れたらUber Eatsできるレストランもあります。その上、家賃もそこまで高くないため、ボストンで住んでいたアパートよりも少し広い部屋も予算内で借りれそうでした。

e. Campus Visitでの印象

Carnegie Mellon Universityのキャンパス

出願時は大学が私たち学生を選びますが、Campus Visitは学生が大学を選ぶ機会です。平日に開催されるので授業を休まなければいけませんが[編注1]、たかが数回の授業を優先して今後5, 6年を棒に振ることがないよう、アメリカの大学に通う学生の皆さんは参加することを強くお勧めします。日程が合わない場合、交渉次第では別日程での参加も可能だったりします。

Campus Visitでは、私たちが出願時のSoPで自分をよりよく見せようと一語一語に気を使うように、大学も必死に学生からの印象がよくなるようにがんばります。例えば、Campus Visit中、飛行機を含めた交通費は大学負担ですし、ホテルや全日程の食費と移動費は全て大学負担です。また、B大学はたくさんの大学グッズをくれました (大学名の入ったド派手な靴下が入っていたり)。そういった表面的なものももちろん大切ですが、やはり、Campus Visitの際にできるだけ多くの大学院生と話す機会に教授への印象を聞くことがとても重要です。今回合格を頂いた大学で研究をしている大学院生からとてもいい印象やエピソードをうかがえたのでこのCampus Visitが今回の進学先決定にネガティブな影響をもたらしたことはありませんでした。むしろ、このCampus Visitを通してCMUとA大学の間でかなり迷うことになりましたが、たくさんの教授とコネクションを作っておいて損はしないので行きましょう。

以下、進学先選びの各項目とそれぞれの大学のまとめを作りました。

CMUA大学B大学C大学
ラボの研究プロジェクトと自分の興味の一致
教授の指導方針hands-on主義放任主義hands-on主義hands-on主義
大学の知名度
(ランキングが高い順)
3124
大学周辺の環境郊外に限りなく近い都市部都市部+ビーチ+Sunlight 田舎に限りなく近い郊外都市部
博士課程のお給料での生活環境
Campus Visitでの印象

5. これから海外大学院へ出願する人へのメッセージ・アドバイス

大学院における選考過程は全体的に決められたガイドラインがあるわけでもなく、ましてやラボの予算といった運の要素もある、不確定要素が多いゲームです。Blackjackをプレイする時に、手持ちのカードが17 や18の時にもう一枚カードを引いて20 or 21を狙うか、それともここでキープするかは相手のカードが明かされない限り正解がわかりません。「まだいける!」と思って、もう一枚カードを引いた瞬間に手持ちのカードの合計が21を超えてBustしてしまう時や逆にもうここでいいやとカードを開示したら15-16で勝った時など、それなりに踏ん張る時もあればゆるふわでいい時もあります。大学院出願も似たようなものだと思っていて、「この大学に絶対に行くんだ!」という気概もあっていいですが、「このうちどこかに引っ掛かればいいや」くらいのゆるい気持ちも大切だと思います。正味、どの大学院にいってもやることは同じです。第一志望の大学院でなくとも、自分のやることをやってそこで咲くことだってできます。出願期間の半年ちょっとの間、適度にガス抜きしつつ、踏ん張る時は踏ん張ってがんばりましょう!

アカデミアにいる人あるあるだと思うのですが、皆さんヘルプにすぐ応えてくださる方が多いです。SoPを添削してほしい、出願のアドバイスがほしい、志望校にいる知り合いを紹介してほしい、など気軽にXPLANEのSlackやメールを飛ばしてみてください。必ず誰かがリプライしてくれるはずです。

【編注】

[1] これは大学や学科により、Visiting Weekendと称しキャンパスビジットを週末に設定する大学や学科も数多くあります。

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