ILC通信 67号pdf

ILC の新推進組織の委員長に駒宮幸男氏

リニアコライダー国際推進委員会(LCB)の委員長就任が
予定されている、駒宮幸男東京大学教授

 今年は巳年。「巳」は漢書律暦志によると「已(い)」。これ は「止む」という意味で、草木の成長が極限に達して、次の生 命が作られ始める時期、という意味だそうだ。また、「巳」と いう字は、胎児の形を表した象形文字で、蛇が冬眠から覚め て地上にはい出す姿を表しているとも言われている。つまり、 今年2013 年は新しいことが始まる、縁起の良い年。国際リニ アコライダー計画もまた、新しいスタートを切る年である。

 昨年12 月末に、これまでILC の研究開発活動を率いてき た国際共同設計チーム(GDE)と実験管理組織(RD)は、 技術設計報告書を完成させてそのミッションを終えた。同時 にGDE とRD の監督機関であったILC 運営委員会(ILCSC) もその使命を終え、新しい組織「リニアコライダー国際推進委 員会 (Linear Collider Board: LCB)」にバトンを手渡すこと になった。そのLCB を率いることになったのが、駒宮幸男東 京大学教授である。

「2 月下旬にバンクーバー(カナダ)で行われる会議で、正 式にLCB の活動がスタートすることになります」と、駒宮氏。 LCB は将来加速器委員会(ICFA)※の下部委員会で、リニア コライダーとその測定器の国際的な研究開発を推進、監督す る組織である。ここで気になるのが、名称から「I」が抜けて「LC」 になっているところだ。この理由は、新組織がILC のみならず、 欧州合同原子核研究機関(CERN)が中心になって推進して いるCLIC(クリック)プロジェクトも監督することになってい るからだ。CLIC はILC と異なる加速技術を用いる直線型衝 突加速器(リニアコライダー)計画で、ILC より高い3 テラ電 子ボルトの衝突エネルギーを目指している。

 駒宮氏は「CLIC はまだ概念設計が終わったところで、技術 的成熟度はILC のほうが圧倒的に高いといえます。しかし、 将来的に、非常に高いエネルギーで何らかの兆候が見つかっ た場合には、ILC よりエネルギーの高いマシンが必要になる 可能性があるので、CLIC の研究開発も続ける必要があるの です」と言う。両者には、共通する技術課題も多く、研究グルー プにとっても連携するメリットは大きい。

 LCB を構成するのは駒宮氏に加え、米欧アジアの三極から 各5 名の委員の合計16 名。アジアからは、王贻芳 中国科学 院高能物理研究所(IHEP)所長、高杰 IHEP 研究員、サン キー・キム 韓国希少同位体科学プロジェクトディレクター、ロ ヒーニ・エム・ゴッドボル インド科学院大学バンガロール校教 授、鈴木厚人KEK 機構長の5 名が委員となっている。

 「昨年7 月に発見された新粒子は、ヒッグス粒子であることは ほぼ確実といえるでしょう。そのため、ILC の早期実現が研 究者から切望されています」と駒宮氏。ヒッグス粒子とみら れる新粒子を発見したのは、CERN の大型ハドロンコライダー (LHC)。複合粒子の「ハドロン」の1 種である陽子同士を衝突 させる加速器だ。駒宮氏は、これまでの実験も、ハドロン加 速器と、電子陽電子加速器の両輪で行われてきた、と解説する。

 例えば、1974 年に発見されたJ/ψ(ジェイプサイ)中間子 は、米スタンフォード線形加速器センターの電子陽電子加速 器SPEAR と、米ブルックヘブン加速器研究所の陽子加速器 AGS の2 つの研究グループがほぼ同時に発見したものだ。 興味深いのは、これら2 つの実験で、粒子が崩壊する逆のプ ロセスを見ることから発見に至ったことだ。SPEAR では、電 子と陽電子を衝突させてJ/ψ中間子を生成、その崩壊の様子 を観察した。一方、AGS では、陽子を標的に衝突させ、そこ から生まれる電子と陽電子の様子を調べ、その経過でJ/ψ中 間子が生成されていることを確認したのである。違う方向から 行った研究が、同じ結果に導かれたということになる。

 また、トップクォークの研究でも、CERN の電子陽電子加 速器LEPと、米フェルミ国立加速器研究所(Fermilab)の陽 子反陽子衝突加速器テバトロンの実験データをお互いにフィー ドバックすることで、理解が一気に深まった。 LEP 加速器で の実験の結果、トップクォークの質量が予言された。そこで、トピックス 強力なハドロン加速器テバトロンで予言された質量近辺を徹 底的に捜索し、1995 年、トップクォークに発見に至ったのだ。 テバトロンで行った研究成果は、LEP の実験にフィードバック された。そして、この実験ではヒッグス粒子の質量の上限が 導き出された。その成果が、再び、今回のLHC でのヒッグス 粒子発見へとつながっているのである。

 このように、科学的にはその必要性が明確であるILC だが、 駒宮氏は「大きな科学プロジェクトを進める為には、政治、産 業界、官界との連携が重要になってきます。特に日本では、 このような動きが相当進められていますが、国際的に進めるこ とが必要です。国際プロジェクトとして各国の議論の俎上にの せることが、LCB の使命です」と語る。

「LCB の目標は『国際協力でリニアコライダーを作り上げる』 ことです。国際組織のあり方の検討や、建設サイト決定に至る 活動への支援など、課題はいろいろあります。国際協力です から、みんないろいろと意見が違う。しかし実験グループでは、 これまでも国際協力で大きな成果を挙げた経験を数多く持っ ています。リニアコライダー実現は可能だと信じています」。

 2 月に新組織が正式に発足した後も、6 月まではGDE と RD と連携して作業が進められる。6 月には技術設計報告書 の完成版が刊行され、引き継ぎのセレモニーが行われる予定 だ。

※高エネルギー加速器の建設や利用における国際協力、超高エネル ギー加速 器施設の建設に必要な技術についての検討などを行うための組織で、日本、 米国、ロシア、中国、カナダ、CERN 加盟国などからの委員で構成される。 純粋・応用物理学国際連合(IUPAP)のワーキンググループとして、1976 年 に設立された。


ILC NewsLine ダイジェスト

ILC 研究者グループが毎週発行しているニュースレター「ILCNewsLine」に掲載された記事から、ILC 通信編集部セレクトのおすすめ記事を要約版でお届けします。元記事は、ウェブサイトでご覧頂 けます。(英語:http://newsline.linearcollider.org/ 日本語訳:http://ilchighlights.typepad.com/japan/

2012 年11 月21 日号  Fermilab Today より:今週のFALC 会議

Fermilab で開催されたFALC 会議に参加した、FALC のメン
バー。写真: Reidar Hahn 氏。

「大型衝突 加速器の為の 財政担当者会 合(FALC)」 は、2003 年 の設立当初は 「線形衝突加 速器の為の財 政担当者会」 という別の 名前だった が、数年後、 FALCのL は「リニア:Linear」から「大型:Large」へと拡大された。

 FALC は、素粒子物理学を推進する主要な国の機関によって設立さ れた任意団体だ。年に2 回会合を行い、巨大な国際施設の建設に関連 する全ての問題について議論を行っている。FALC は、様々な国家機 関の上級管理者に世界の他の領域での同等の立場の人物を紹介したり、 将来において巨大な国際施設に着手するのに必要な信頼感を築いたりす るうえでも役立って来た。FALC には、米欧アジアからの研究所所長 各1 名が参加している。

 FALC の直近の会合は、Fermilab で開かれた。この会合はCERN におけるヒッグスらしき粒子の発見や日本の高エネルギー物理学研究者 グループによる日本で国際リニアコライダーをホストすることを強く望 む声明があった直後であり、とても興味深いものだった。まだ日本政府 から、日本がこの世界的な施設をホストしたいとの正式な声明は出さ れていないが、ILC プロジェクトが日本においての力強いサポートを 享受しており、日本ではILC プロジェクトは新しい国際都市をつくる、 科学を超えた活動として理解されている。日本の研究者たちが求めてい る世界からの支援は、 ILC プロジェクトを推進し、日本政府を説得す るのに役に立つだろう。

 FALC は、過去数年のGDE の活動についての報告書の執筆に取り 掛かった。GDE は、2012 年末にILC の技術設計を完了。2013 年2 月に開催されるICFA の会議では、新しいリニアコライダー組織が始 動し、リン・エバンス氏のリーダーシップのもと、ILC とCLIC の活 動のマネジメントが統合される予定だ。



2012 年12 月20 日号 
ディレクターズ・コーナーより ILC の電子雲効果を低減する

ダンピングリングのILC 型ウィグラーとともに改造・装備されたCESR 衝突領域のレイアウト。

 次世代の粒子加速器は、強力な粒子ビームが使われる。こうした強力 なビームは、真空チェンバーに残留する分子からのビーム散乱から生ま れるやっかいな現象「電子雲」を生成する。この電子雲は、入射される 粒子ビームが散乱され、焦点をぼやかして、性能を低下させる可能性が ある。したがって、ILC R&D プログラムにおける主要目的のひとつ に、様々な電子雲の低減方法についてテストすることが挙げられていた。 コーネル大学のCesrTA プログラムがそのひとつである。
 CesrTA のR&D プログラムは大成功をおさめ、ILC のみならず、 次世代の粒子加速器にとって非常に役立つ詳細報告書を最近発表した。  ILC 研究のみならず、電子雲効果のよりよい理解へと導く詳細なデー タを提供し、ILC 陽電子ダンピングリング向けの信頼性の高い低減戦 略が開発されたのだ。
 CesrTA の構成はILC のダンピングリングに類似しており、ILC ダ ンピングリングの性能を確実に予測することができるよう再現されてい る。CesrTA 共同研究グループは、ILC 陽電子ダンピングリングに対 する低減戦略を開発するために、様々な低減技術の試験を行った。この 中で、みぞ付のチャンバー、窒化チタン・コーティング、クリーニング 電極という、3つの技術についての研究が行われた。この中ではコーティ ングが有望だと思われるが、長期性能と耐久性についての研究がフェー ズII CesrTA プログラムで将来的に行われる必要がある。
 将来的に、ILC では単独のダンピングリングの中での陽電子バンチ の数を倍増させることが検討されており、電子雲の低減計画は非常に挑 戦的なものとなっている。研究者は、自分たちの提案した電子雲低減策 がSuperKEKB の真空パイプの設計と多くの共通点をもつことにも注 目した。つまり、SuperKEKB 加速器が、ILC 陽電子ダンピングリン グの電子雲低減で有益な情報を提供することになるということだ。
 CesrTA は、ILC R&D プログラムの最も輝かしい業績のうちのひ とつだ。このプログラムは、高ルミノシティ・リニアコライダーが直面 せざるを得ない問題への対処法の現実性を立証したのだ。これは、次世 代の粒子加速器にとって重要であり、幅広い価値を持つこととなる。



素粒子物理ワールドニュース

KEK と共同でILC の研究開発にあたっている世界の研究所から発信された、素粒子物理学関連の話題をピックアップします。

2012 年12 月17 日
CERN プレスリリースより
大型ハドロンコライダー 第一期陽子運転終了

 12 月17 日、大型ハドロンコライダー(LHC)は第一期の陽子運転 を終了した。この世界最強の加速器の3年間の素晴らしい運転では、ビー ム強度を高めるために陽子バンチの間隔を半減させるという性能マイル ストーンも達成された。

 「ビーム強度が高いほど粒子の衝突が増えるため、新しい兆候を観測 する可能性が高まる。LHC 実験の成功には強度の高いビームが不可欠 であり、この成果は、2015 年の次期運転にとって好ましいものだ」と CERN の加速器・技術部長のスティーブ・メイヤー氏。

 この性能強化により、この3 年間で、LHC は6 千兆回、陽子同士を 衝突させ、ATLS およびCMS の2 つの測定器は、50 億の衝突反応を 記録した。このうち400 個の衝突反応が、7 月に発表されたヒッグス粒 子と見られる粒子の発見につながった。

 「LHC の性能は、想像を超えるものだった。ルミノシティも上がり 続けた。私は研究チームを誇らしく思う」とメイヤー氏は語った。

 ルミノシティとは、粒子の衝突頻度を表す重要なパラメータで、 2011 年に達成された数値の2 倍にあたる7.7 × 1033cm-2s-1 を記録し た。衝突エネルギーは2011 年に7 テラ電子ボルト(TeV)だったのが、 2012 年には8TeV に向上した。

 これらの性能向上は、ヒッグス粒子らしき新粒子の発見を始め、宇宙 のより深い理解へとつながる様々な発見をもたらした。  2013 年の初頭に、LHC は鉛イオン衝突の運転を行い、その後2014 年末まで長期のメンテナンス期間に入る。衝突エネルギーを13 TeV まで上げ、2015 年に運転が再開される予定だ。

英文記事:http://press.web.cern.ch/press-releases/2012/12/first-lhcprotons-run-ends-new-milestone


トピックス
KEK のATF、垂直方向ビームサイズ100nm 以下を達成

 リニアコライダーの最終収束技術の実証実験を行っている、KEK の 先端加速器試験施設(ATF)のATF2 ビームラインの収束点において、 垂直方向のビームサイズが70nm( ナノメートル)※程度まで絞られてい ることが確認された。

 ILC で要求されるビームサイズは垂直方向が5nm。ATF とILC は ビームのエネルギーが異なるため、ATF で35nm を達成することが、 ILC の性能要求を満たすことに相当する。目標達成に向けた開発研究 が精力的に行われており、今回の成果は、ILC の実現に向けた大きな 一歩と言うことができる。

 ATF では、昨年秋から合計7週間の運転を実施。特に12 月には ATF2 ビーム収束実験のみに専念した連続運転を2 週間行い、21 日に、 極めて小さいビームが観測された。

 ビームサイズは、「新竹モニ ター」と呼ばれる装置で2 本 に分けたレーザービームを交 差させてできる干渉縞と電子 ビームのコンプトン散乱を利 用して測定する。今回の実験 では、交差角174 度で、ビー ムサイズ約70nm に相当す るビームが観測された。系統 誤差などの詳細な評価は今後 行われるが、系統誤差は、通 常ビームサイズを大きく評 価してしまう側に働くため、 100nm よりも小さいビームが 生成・測定されたことは確実 と見られている。

 また、同様の状態を約7時間にわたって維持することもできており、 システム全体の安定性も示された。

 ATF2 は計画の段階から国際的な共同実験として進められている。 12 月の実験でも海外から合計17 名の研究者が積極的に参加して実験の 進展に貢献。今回の結果は国際協力の成果を示すものでもある。

※ 1 ナノメートルは1 メートルの10 億分の1

加速器図鑑
リニアック

ILC の超伝導リニアックの内部構造。左下から加速のための高周波の電波が送り込まれる。 右から左に走るモコモコした部品が超伝導加速空洞。空洞の中に高周波の電波が貯めら れ、ビームが加速される。超伝導加速空洞は液体ヘリウムに浸され、超低温摂氏マイ ナス271 度)に保たれている。これらは低温を保つ為に真空断熱容器に納められており、 その全体はクライオモジュールと呼ばれる(2012 年8 月1 日発行【ILC 通信】65 号参照)。 ©Rey.Hori/KEK

 リニアックは線形加速器のこと。リナック、ライナックと呼ぶことも ある。特徴はその名のとおり直線状であること。ILC はその全長の約 三分の二がリニアックからなる。

 加速器にはリング状のものもあり、その代表がシンクロトロンである。 昨年ヒッグスらしき粒子を発見して話題になったLHC、B 中間子とそ の反粒子である反 B 中間子の違いを詳しく調べて小林・益川両博士の 2008 年のノーベル賞受賞に貢献したKEKB も、シンクロトロン。こ れらのリング状加速器でも加速はリニアックから始まる。リニアックで ビームを加速してからリングに送るのだ。高エネルギー物理学実験で使 われるリング加速器は必ずリニアックと組み合わせて使われる。

 リング状の加速器では、通常、エネルギーの大きな粒子は外側の軌道 を通り、エネルギーの小さな粒子は内側の軌道を通る。人間が走る時に、 速く走ると曲がりにくく、大きな弧を描くと楽に曲がれるのと同じであ る。リング状の加速器ビームではエネルギーのバラツキが大きいと、軌 道の違いを生み出しビームをうまく回す事が出来ないのである。一方、 リニアックは直線状であるのでエネルギーのバラツキの大きなビームも 容易に通す事が出来る。一般に作られたばかりのビームはエネルギーが 小さく、エネルギーの相対的なバラツキは大きい。その為、粒子源で作 られたビームはまずリニアックで加速される。加速されるとエネルギー が大きくなり、その結果エネルギーの相対的なバラツキは小さくなる。 この状態でリング状加速器に送られる。

 ILC でもリニアックとリングは組合わせて使われている。電子はま ず長さ約220m のブースターリニアックで加速され、直径1km 弱のリ ング状加速器(ダンピングリング)に送られる。そこで何周もビーム を周回させながらビーム中の電子の運動の向きを揃えた後、全長11km のリニアックに送られる。電子の反粒子(陽電子)に対しても同様の装 置を作り、両者が対向する形で設置され、電子と陽電子を衝突させる。  ILC のリニアックは大変長いが、短いリニアックが活躍している場が ある。それはガンの放射線治療だ。放射線治療にはいろいろなやり方が あるが、リニアックを使うものは装置が比較的小型のため良く普及しており、 現在全国で1000 台程度の治療装置がある。この心臓部をなすのが長さ 1mくらいの小型の電子リニアックである。山椒は小粒でもピリリと辛い。


お知らせ
先端加速器科学技術推進シンポジウム2013in 新潟 (仮) 「先端加速器の世界 いのちを守る、宇宙を創る」

主催:新潟大学/先端加速器科学技術推進協議会 後援:KEK
日時:2013 年5 月11 日(土)13:30 ~ 17:00
場 所:新潟大学

お申込方法やプログラムの詳細については、決まり次第、先端加速器科 学技術推進協議会ホームページ(http://aaa-sentan.org/)に掲載される 予定となっております。




KEK キャラバン~お届けします、科学に夢中~

KEK では、学校、各種団体等へ研究者や職員を講師として派遣するプ ロジェクト「KEKキャラバン」を実施しております。本キャラバンは、いわ ゆる出前授業で、加速器を用いた素粒子や物質・生命などの研究や、その 研究を支える仕事の紹介を行っています。  KEKのホームページで連載中の科学マンガ「カソクキッズ」(http:// kids.kek.jp/comic/)を使用した授業や、ILC についての講演・サイエン スカフェ等も実施しております。  ただいま、平成25 年4 月以降実施分のお申込を受付中です。 まずは下記までお問合せください。

               


< お問合せ> KEK 広報室普及グループKEK キャラバン係
TEL:029-879-6247 FAX:029-879-6246
WEB:http://caravan.kek.jp E-mail:caravan@ml.post.kek.jp



編集部より

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