2012/01/11

ILC NewsLine 2011年11月23日号

ILC NewsLine 2011年11月23日号　[英文記事]

■特集記事

より短いバンチを準備する

（Setting the stages for shorter bunches）

Barbara Warmbein | 23 November 2011

ビームライン、ビーム取出しライン、供給管路、最終収束、ソース、ダンプ、トンネル、シャフト、そして、測定器ホールも忘れてはいけない。ILCの中心領域は、にぎやかな場所である。独ハンブルグ市にある、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）で最近開かれた技術レビューにおいて、電子源、陽電子源、ダンピング・リングから主線形加速器への接続、ビーム収束系、加速器測定器インターフェースのようなシステムについての詳細な調査が行われた。これらについて技術見直しを行う主な目的は、来年の技術設計報告書（TDR）に向けた、最良のベースライン設計を定め、コストに関する現実的なアイデアを探し出すことだ。今回のレビューでは、予定を上回る成果が得られた。「基本的に、加速器配列の総合設計と、トンネルへの設置方法について同意しました」と、主催者のNick Walker氏（ILCプロジェクトマネージャ）は語った。「詳細について決着を見ることができたので、予想したよりも早く現実的な設計に取り込むことが可能となりました」

ILCのバンチを圧縮するために考えられる2つのオプションがある。

もう一つの成果は、単段ではなく、二段式のバンチ・コンプレッサーを選ぶという決定だ。バンチ・コンプレッサーは、ダンピングリングと主線形加速器の間に設置される。その名のとおり、バンチを「圧縮」し、ダンピングリングから出た時より、バンチ長を大幅に短くする。よって、より高い衝突頻度を得ることができるため、幅広い物理研究を行うことが出来る。ダンピングリングを出るときのバンチ長は6ミリメートルだが、ベースライン設計では、バンチ長は0.3ミリメートルまで圧縮されなければならない。また、ベースライン設計は、加速器セクションの後にウィグラーを備えたセクションが続いており、これは長さほぼ1キロメートルのかなり巨大なコンプレッサー群だ。これらの2ステージのコンプレッサーを1つのステージにまとめようとする取組みが行われて来た。一つには、いくつかの仕様パラメータが基準設計報告書（RDR）の設計から変わったため、単段が可能になったことと、もう一つは、バンチコンプレッサーセクションが短くなることはコストの節約となるからだ。しかし、今回のレビューでは、二段式バンチ・コンプレッサーの圧縮比は非常に大きいため、ビームの処理と目標ルミノシティの安全マージンにおいて、大幅な柔軟性を確保することができる。この機能よりコスト低減を優先させるべきではないということから、二段式バンチコンプレッサーが採用されたものだ。

レビュー会議のもう一つの重要なテーマは、特に衝突点など、全てのシステムの土木建築設計の必要条件であった。RDRではILC測定器は「プッシュプル」と呼ばれる構造になっており、2台の測定器が交替で衝突点に設置され、データを取得する。そこで、測定器ホールの形状はZ形であるべきとの決定がなされた。軸の中心が衝突点で、Zの両端が測定器の「ガレージ」となるのだ。次のステップとして、測定器ホールに必要となるシャフトの数や、直径、そして、総コストについて決めなければならない。

中心領域レビューアーらの集合写真。画像：DESY

今回の「中心領域」レビューは、夏に伊フラスカーティで行われた、ダンピングリングについてのレビューに続く、第2回目のILCの広範囲なレビューである。当初、複数回に分けてレビューを行うことが検討されていたが、1回のレビューにまとめることが非常に生産的であった。今後、重要なレビューが2回続く。2012年1月には、日本の高エネルギー加速器研究機構（KEK）超伝導主線形加速器に関するレビューが、そして、3月に欧州合同原子核研究機関（CERN）土木建築設計とサイト選定に関するレビューが行われる予定だ。

symmetrybreakingより：ヒッグスの隠れ家、徹底捜査でも依然見つからず

（From symmetry breaking:Favored Higgs hiding spot remains after most complete search yet）

November 18, 2011 | 5:30 am

黒太線がどこで赤線の下に下がっても、標準理論ヒッグス粒子は95パーセントの信頼水準で除外される。画像：ATLASとCMS実験

大型ハドロンコライダー（LHC）のCMSとATLAS実験が発表した、最初の総合的なヒッグス探索結果は、標準理論ヒッグスを追い詰めた。もしそれが存在するならばーー。

今日発表された研究は、以前の分析において報告された、それぞれの実験の測定結果のうちいくつかは除外されているが、114～141GeV間にヒッグス粒子が存在することが示唆されている。ATLASとCMS両実験は、141～476GeV間の領域を、95パーセントの信頼水準で除外した。

この新しい結果は、両実験が7月までに収集したデータを使って、予測されるヒッグス粒子の崩壊現象に関する8つの研究をまとめたものだ。また、125～500GeVの間という、さらにより広いエネルギー領域も除外することができるとしている。しかし、統計変動の結果の可能性もあるし、新しい粒子の存在を示唆するかもしれない小さなエクセスの存在によって、除外範囲は若干狭められている。

「これらのデータから読み取れることは非常に面白いと思っています」と、ワインツマン科学研究所の物理学者Eilam Gross氏は語った。彼はATLAS実験のヒッグス・グループの共同リーダーである。「どんな発見でも、除外できないことから始めるのです」

いくつかの関連測定によって、間接的に、標準理論ヒッグス粒子が低い質量領域に存在すると示唆している。

ほぼ1年にわたって行われた50回以上の会議や多くの交渉は、LHC実験のヒッグス粒子探索に関する最初の統合成果の発表として実を結んだ。両共同研究グループから集まった専門家は、7か月以上の間、データの組み合わせ手順を考案し、結果の統合にむけ、およそ1ヵ月間一緒に働いた。その後、2つの共同研究グループ（各々数千人のメンバーがいる）が結果について検討し、承認するのに、さらに1ヵ月がかかった。

「これは、本当に重要な業績です」と、ヒッグスの組合せグループの共同リーダーであり、カリフォルニア大学サンディエゴ校のCMS物理学者Vivek Sharma氏は語った。「LHCのヒッグス探索結果を結合することは一筋縄ではありませんでした。内部調整は非常に難しかったのです」

7月以降、両実験グループは、2～4倍の量のデータを蓄えた。2012年内にはデータ量を、少なくともさらに二倍にしたいと思っている。

標準理論ヒッグス検索の終焉は間近である、とヒッグスの総合グループの共同リーダーであり、英国科学技術施設審議会のATLAS物理学者Bill Murray氏は語る。「今年のデータからおそらく答えは出るでしょうが、来年には、明確に発表することができるでしょう」とMurray氏は語った。

これまでのところ、ATLASとCMS実験は、2011年の全てのデータに基づく、ヒッグスに関する第2の統合結果をつくるかどうかについては結論を出さなかった。2つの実験は、まだ競争しているのだ。両実験ともに、自分達だけで達成できることがあるかどうか確認するかもしれない。

「これはプロセスを検討する良い機会でした。両実験からの結果は議論の余地の無いものでしたから」と、Sharma氏。「現在、私たちは発見モードにいるのです。次はそんなに冷静ではいられないでしょう」

■ディレクターズ・コーナー

ILC技術設計報告書への第一段階 

（“The GDE must write” – The first steps to the ILC Technical Design Report）

今週のディレクターズ・コーナーは、国際共同設計チーム（GDE）プロジェクト・マネージャー、Nick Walker氏の執筆。

Nick Walker | 23 November 2011

ツクバネアサガオの鉢とILC技術設計報告書の間にはどんな関係があるのか？画像：ILC

「論文を書き始める時は、あなたが満足に終えた時です。その時までに、あなたが「原稿を書き始める時とは、やっと満足の行くものができあがった時である。その時までには、何を自分が表現したいのか、明確に、論理的に理解できるようになるだろう」　—　マーク・トウェイン

「科学者は書かねばならない」は、私が大学１年生の時のある教授の信念であった。彼は、もちろん出版物の重要性についても話していた。2011年も末に近づき、GDE最後の年の計画を立て始めた。「GDEは書かなければならない」は、私が大文字で印刷し、オフィスの壁に貼り付けなければならない標語かもしれない。ILCプロジェクトマネージャは、現在、ILC TDRの執筆に向け全神経を集中している。

今ここで「空白ページ症候群」に悩まされ、書かなければならない大作の執筆について思いをめぐらせていると、Douglas Adam氏作の「銀河ヒッチハイクガイド」の中の有名な「ツクバネアサガオの鉢」のエピソードに通じるー「もう、いい加減にして！」—という感覚を感じざるを得ない。過去に同様の報告書執筆に関わったベテラン研究者の皆さんは、文書の完成までに膨大な作業が必要とされることはよくお分かりだろう。しかし（そして、冗談はさておき）、それは重要な仕事であり、専門的にそして慎重な計画をもって取り組まなければならないものだ。

TDRは、実際には1冊ではなく、複数の本となる。加速器パートでは、2巻にわたる本編と、別冊として要旨の巻の発行を計画している。物理・測定器グループは、2巻の本編執筆を企画している。コミュニケータは6冊目となる広報誌の発行を計画している。これらの完成のために多くの文章を書く必要があることは一目瞭然であろう。

幸いなことに、私たちには2007年に発表したRDRと最近発表した中間報告書（国際リニアコライダー 技術進捗報告書）に基づいて作業を進めることができる。TDRの「第一部：技術設計フェーズR&D」は、過去5年にわたる世界的な全R&D活動をカバーする。この報告書では、GDEがその委任期間中に実施した優れた成果仕事を紹介するつもりだ。中心的な話題は、ILCベースライン設計と超伝導高周波（SCRF）技術インフラ開発に関するR&Dの成果だが、第一巻では、ベースラインに採用されるためにはまだ未成熟だと思われるものの、将来有望である代替アプローチに関する研究成果も含む。第一巻の最後には、TDRを越えた次世代R&Dの方向性、特に超高加速勾配のSCRF空洞のR&Dについて、詳しく述べる予定だ。

ILC技術設計報告書の技術編集委員会の委員長、John Carwardine氏。画像：ILC

「第二巻：ILCベースライン設計」は、更新されたコスト評価やスケジュールなど、ILC加速器に関する公式情報を掲載する。これは2007年のRDRの構造と非常に似たものになっている。また、エネルギー・アップグレードとルミノシティ・アップグレードに関する重要なチャプターも含まれている。第二巻では、一連のベースライン技術見直しによって現在承認されているベースライン設計を記述する。これまでのところ、ダンピングリング、ソース、リングから主線形加速器、ビーム収束系は、最近行われた2回のレビュー・ワークショップ（7月に伊フラスカーティで開かれたダンピングリングに関するワークショップと、10月にDESYで開かれたその他事項に関するワークショップ）ではっきりした。主要なコスト推進要因－SCRF主線形加速器、一般施設－は、1月のKEK、4月の欧州合同原子核研究機関（CERN）での会議でそれぞれ対処されることになっている。

両巻はおよそ300ページ。初稿は来年の前半には必要だ。このスケジュールは非常に野心的なものだが、2012年中に完全な最終ドラフトを完成させるというデッドラインを守るためには必須である。国際的なレビューが行われた後、おそらく、2013年の春までに正式な出版が行われるだろう。

プロジェクトマネージャは、頼もしい編集チームを編成し、この挑戦を引き受けた。「技術編集委員会（TEB）」と呼んでいる編集チームは、TDRの各巻毎に3人の編集長から構成されている。第一章は、Jim Kerby氏（米フェルミ国立加速器研究所：FNAL）、早野仁司氏（KEK）、Eckhard Elsen氏（DESY）。第二巻は、Nan Phinney氏（米SLAC国立研究所：SLAC）、峠暢一氏（KEK）、Phil Burrows（英オックスフォード大学）。Benno List氏（DESY）とMaura Barone氏（FNAL）が、技術、データベース、グラフィックス・サポート担当。最後に、私たちはTEBの委員長をJohn Carwardine氏（ANL）に依頼し、TDR活動の企画・計画をまかせた。プロジェクトマネージャを代表し、編集委員会のメンバーに、この困難で、とても重要な仕事を手伝うことに同意してくれたことにお礼を述べたい。

最後に、TDR完成に寄与する、地球上に散らばる全てのGDEチームメンバーに、あらかじめお礼を言いたい。いつものごとく、私たちは一層の努力を求めている。この「大冒険」に貢献してきた皆さんの莫大な量の素晴らしい仕事を反映したTDRをつくるために、皆さんとそしてTEBチームと共に働くことを楽しみにしている。
■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
■ニュース記事

■アナウンス

今週のILC NewsLineは前倒し発行します
木曜日が米国では感謝祭の休暇のため、今週のILC NewsLineの発行を前倒しにしました。来週からは、通常の発行スケジュールに戻ります。

■今週のイメージ

イリノイ加速器研究センター（Illinois Accelerator Research Center）

画像：Fermilab。概念図クレジットRoss Barney Associates and ARUP

イリノイ加速器リサーチセンター（IARC）は、加速器研究、教育、産業化についての最新技術の施設を提供する。米シカゴ近郊にある、Fermilabキャンパスに位置し、新たな建物はFermilab、アルゴンヌ、地元の大学と産業の共同研究者から42,000平方フィートのオフィス、科学者のための技術的で教育的なスペースとエンジニアに住宅を供給する。
Fermilab Todayの「新プロジェクトを保管するCDFとDZeroビル」の記事もご覧ください。

投稿情報: 2012/01/11 カテゴリー: ILC NewsLine |

ILC NewsLine 2011年11月17日号

ILC NewsLine 2011年11月17日号　[英文記事]

■特集記事

J-LabとIHEP、加速空洞共同研究を再開

（Jefferson Lab and IHEP renew accelerator cavity collaboration）

Leah Hesla | 17 November 2011

高エネルギー物理学における中-米協力活動プログラムがブルックヘブン国立研究所で署名された。画像：Roger Stoutenburgh氏（BNL）

高エネルギー物理学に関する中-米協力の枠組の下、米ジェファーソン研究所（J-Lab）と中国高能物理研究所（IHEP）は、中国北京にあるIHEP間で開かれた会議で署名式を行い、ILC型9セル空洞など、超伝導加速空洞の開発に関して共同研究を行うための協力を再開した。

これは、IHEPで製造された空洞の改善に向けたR&D活動等の共同研究の継続である。

「実験結果によって私たちの研究の次のステップの方向性が決まります。ですから、この共同研究はIHEP-ILCグループにとって重要なものです」と、IHEPのJie Gao氏は語った。

この「実験」とはJ-Labで行われている、中国製1.3ギガヘルツ9セル空洞「IHEP-01」の処理とテストのことを指す。

Gao氏は去る3月、超伝導高周波空洞を改善する方法について学ぶためにJ-Labを訪問した。この訪問が今回の署名に至るきっかけとなった。研究所の加速器部副部長のAndrew Hutton氏とRobert Rimmer氏（SRF科学技術研究所の幹部）との会合の成果のひとつが、IHEP-01の試験である。IHEP-01は、2010年、高エネルギー加速器研究機構（KEK）で初のテストを受けている。

J-Labの縦置き試験台におかれたIHEP-01空洞。画像：Jie Gao氏

IHEP-01の二度目の試験は、IHEPの科学者Ji Yuan Zhai氏がJ-LabのRongli Geng氏を訪問した7月に、J-Labで行われた。Geng氏は表面処理による空洞の修復に関する、いくつかのプログラムを主導した人物である。KEKの加古永治氏も、この試験をサポートしている。IHEP-01は5つのセルでいろいろなモードで1メートルにつき30メガボルトの加速勾配に到達したが、電界放出によって性能が制限されていた。

今後数ヶ月で、空洞はJ-Labでフル処理を受け、更なる表面処理と縦置きテストを行うことによって、より高い加速勾配の実現が期待される。IHEPの科学者は、空洞面処理について学び、テストに参加するために、来年、米国の研究所を訪問する。

「共同研究グループは、共通の関心についての具体的な研究を通し、中国と米の高エネルギー物理研究所の共同研究グループを強化することを目的としています。そして、知識や科学者の交流を共有します」と、Gao氏は語った。

新たな共同研究は、ILC型空洞テストに限られたものではない。両研究所の科学者は、J-Labで開発中のスポーク空洞やDC銃などのR&Dでの協力も行う。彼らは、J-Labの電子散乱プログラムから、そして、IHEPの北京電子陽電子コライダーII運転からデータを使っている励起重粒子と中間子生成の部分的な波解析にも関して協力する。最終的に、IHEPはJ-Labの核物理研究、特に次世代の12GeVアップグレードプロジェクトの加速器と測定器両方の支援に役立つだろう。

「私たちはJ-Labの施設を使い、IHEPのSRF研究推進を支援しています」とHutton氏。「非常に良い関係です。ちょうどILCの共同研究を行っているのと同様です」

このような協力関係は、今月始めに米ブルックヘブン国立研究所がホストをつとめた高エネルギー物理学ミーティングにおいて、第31のPRC米協力の下で公式なものとなった。それは、米-中の高エネルギーおよび原子核物理学研究所の間で、合意に署名された、いくつかの協力活動のうちの1つだ。

「協力関係を実のあるものにすることが必要です。両研究所の将来の利益を強化し続けていければと思います」と、Gao氏は語った。
■リサーチ・ディレクター・レポート

ILCの物理学上の意義

（Articulating the physics case for the ILC）

今月のリサーチ・ディレクター・レポートは、物理学共通作業グループ、そして、詳細ベースライン設計報告書の物理の章を準備するグループの世話人をつとめる、Michael Peskin氏の執筆である。

Michael Peskin | 17 November 2011

詳細ベースライン設計報告書は、ILCの物理学上の意義のアップデートが含まれる。画像：ILC

国際共同設計チーム（GDE）は、2012年内にILC技術設計報告書を提出する予定だ。この文書とあわせて発行すべく、物理・測定器研究者グループは詳細ベースライン設計報告書（DBD）を準備している。DBDは、ILCで行われる物理測定について議論し、ILD（国際大型測定器）とSiD（シリコン測定器）測定器の詳細な技術設計を示し、ILCで観察される特異反応のシミュレーションを通して、これらの測定器能力を実証するものだ。

DBDの中でも、ILCの物理学研究上の意義を再検討して、再設定するチャプターが重要だ。ここでは、設計検討から得られたILCの性能に関する新しい情報や、欧州合同原子核研究機関（CERN）の大型ハドロンコライダー（LHC）の結果から得られた物理学についての新たな情報を考慮しなければならない。私は、ILC研究者のDBD準備への参加を奨励するために、このコラムを書いている。
高エネルギー・ハドロン・コライダー実験を補う電子-陽電子リニアコライダーを建設することが重要だということは、長い間理解されてきた。この加速器は、トップクォークの電弱の結合、ヒッグス粒子の結合の直接測定とLHCによって研究が進むエネルギー領域で見つかる可能性のある新しい粒子の詳細な研究や精密測定を可能にするだろう。2001年、米、欧州、日本の上層委員会は、電子-陽電子リニアコライダーを高エネルギー物理学の次世代の世界的なプロジェクトの最優先事項であることを宣言した。ILCで測定できる非常に多くの研究項目が、2007年に完成した、ILC基準設計報告書で発表された。
10年前に行われた議論が、未だにILC建設に対する揺るぎない論拠となっている。ヒッグス粒子の性質、基礎粒子の質量の起源、宇宙ダークマターの起源といった、ILCプログラムによる解明が期待される素粒子物理学の謎は、この研究分野にとって重要な問題であり続けている。現在は、ILCがこれらの謎にどのように対処するのか、より理解が進んでいる。測定器趣意書作成のために行われたシミュレーション研究とDBD執筆に向けたさらなる研究は、ILCによって達成できる物理研究についての私たちの見方を広げるだろう。これらの研究は、特に、ヒッグス粒子の結合に関する測定を完全にカバーすることが出来る。

しかし、重要な問題は残っている。LHCは、いったい何を私たちに教えてくれるのだろうか？GDEがつくられた2005年、LHCは2007年に運転を開始し、2012年までに、大きな実験は、14テラ電子ボルト（１兆電子ボルト）の重心系エネルギーで、何百もの1インバース・フェムトバーン（fb-1）の衝突データを蓄積すると考えられていた。これらの実験の結果から、私たちはILCで目標とすべき最も重要な測定が何なのかがわかると思っていたのだ。その測定とは、軽いヒッグス粒子の正確な研究なのか、または、強い力電弱の対称性の破れセクターへのトップクォーク結合の測定か、あるいは、他の、新しく発見される粒子の研究なのだろうか？

2010年に、ATLAS測定器によって集められた、明らかにZ0ボース粒子崩壊と大きな行方不明のエネルギーを含む実験データ。画像：ATLAS

現在、ATLASとCMS実験は、7TeVで1～2fb-1に基づく結果を報告している。結果の意味は、まだ不明確だ。各実験は、2011年に5fb-1のデータを収集し、2012年内には、現在分析中のサンプルのデータ量の10倍以上が収集される。

結局のところ、LHCによって答えられる多くの問題は、2012年内には解決されないのだが、私たちはすでに多くを学んできたし、来年にはもっと多くのことを学ぶだろう。

現在、ヒッグス粒子に注目が集まっている。ヒッグス粒子は、標準理論のミニマル・バージョンの一部だ。この理論では、全てのヒッグス結合が、その質量から予測される。ヒッグスの質量が軽い場合は、データの精密分析による弱い相互作用の研究に好都合だ。CERNで行われたLEP実験では、114GeV以下のヒッグスが除外されている。LHC実験では、弱い相互作用のデータ分析によって、145GeVからかなり高い値までヒッグスを除外している。つまり、ヒッグス粒子は、114～145GeVの間の狭い領域にあるということだ。この結果は、標準理論にあてはまるものだが、他の新しい物理学理論でも、標準理論ヒッグス粒子に酷似した特性をもつ軽いヒッグス粒子の存在をうたっているものがある。この質量の領域にヒッグス粒子があるとすると、2012年にLHCで標準理論ヒッグスのより詳細な研究が行われる可能性がある、ということだ。来年には、LHCがヒッグス粒子を発見するか、あるいは、多くのデータ解析から標準理論以外の新しい物理が導き出される、という結果が出ることになる。もしLHCがヒッグス粒子を発見すれば、ILCで精密測定を行うことが可能となる。

翌年のLHCデータから出てくる結果がどんな思いがけないものであろうと、ILCプログラムにとっては意味のある結果が示唆されるだろう。物理共通作業グループの推進している研究は、DBDの１チャプターを構成する重要なものだ。以下、報告書の暫定的な項目リストと研究グループ世話人一覧だ。

  • WとZ物理：Tim Barklow（米SLAC国立加速器研究所）、Juergen Reuter（DESY：ドイツ電子シンクロトロン研究所）
  • 共振、複合、余剰次元を含む、2フェルミオン・プロセス：Yuanning Gao氏（精華）、Maxim Perelstein（コーネル）
  • トップクォーク：Andrei Nomerotski氏（オックスフォード）、Andre Hoang氏（ウィーン）
  • ヒッグス粒子：藤井恵介氏（KEK）、Heather Logan氏（カールトン）
  • 拡張ヒッグス・セクター：Aurore Savoy-Navarro氏（パリ）、兼村晋也氏（富山）
  • 超対称性：Jenny List氏（DESY）、Howard Baer氏（オクラホマ州）
  • 宇宙論的接続部分：Geraldine Servant氏（CERN）、Tim Tait氏（アーヴィン）
参加を希望する場合は、各テーマの世話人に連絡して欲しい。より詳細な連絡先は、上でリンクするウェブ・ページを参照のこと。

LHCの結果についての議論を聞かずに、来年の物理学ミーティングに出席するのはほぼ不可能だ。2012年のリニアコライダー・ワークショップでは、ILCの物理学のために、特にLHC結果の意味するものを専門に議論するセッションがある。私たちは、グラナダで開催されたLCWS会議でこの件に関する最初の議論をすでに行っている（NewsLine10月20日号の山田作衛氏の報告を参照）。2012年のワークショップは、2012年2月7-9日DESYで開かれる第3回LCFORUM、4月23-26日まで韓国大邱で開催されるACFA LC2012、10月22-26日まで米テキサス州アーリントンで開かれるLCWS2012がある。是非参加して欲しい。

来年は、想定外とサプライズに満ちた年になるだろう。ニュース記事をフォローするのはエキサイティングなことだ。しかし、私たちは新しい粒子と力を研究する次世代実験に関する、明確な指針が得られることを期待している。

■ディレクターズ・コーナー

FALC、CERNで会合

（FALC meets at CERN）

Barry Barish | 17 November 2011

カナダ国家研究会議からAnne-Marie Brugger氏（FALC秘書）とWalter Davidson氏（FALC委員長）。

10月6日、財政担当者会合（FALC）（機関の代表からなる非公式グループ）は、CERNで19回目の会合を開いた。FALC立ち上げ当初から、FALCの中心的な役割は、GDEのリニアコライダー実現に向けた活動を監督することであり、特にリソースに関することが中心となっている。ここ数年、FALCはILC以外の次世代コライダーや他の国際的なプロジェクトも検討項目に加えて、その所掌範囲を拡大してきた。FALCは、GDEの全般的な監督機能に加えて、GDEのコモンファンドの検討・承認する役割も果たしている。コモンファンドは、私たちのマネジメント部門や、ILC NewsLineを含むコミュニケーション活動、ウェブサイトとそのサポート、文書と技術設計管理システム、旅費等、ILCの世界的な活動の遂行に重要な役割を果たしている。

今回の会議で、ILCにとってきわめて重要だったのは、ILC運営委員会（ILCSC）の委員長、Jon Bagger氏の発表、そして、2012年末の技術設計報告書（TDR）発表後のリニアコライダー活動の計画を立案中のILCSCの議論であった。その計画の詳細は2月に開催される次回ILCSC会議で確定するが、いくつかの側面はすでに決定されつつある。TDR以降のILCの技術プログラムを継続するためにGDEと同様の組織が存続する。その組織は、より高い加速勾配の実現に向け、システム試験等の超伝導RF系の更なる研究を進めるとともに、更なる開発が必要とされる他の領域の研究も推進する。LHCの物理の結果やサイト選択に向けた研究の状況を見守りつつ、加速器の設計を進化させ続けるべきである。

このGDEのような組織は、CLIC研究と測定器と物理活動をも含んだ、より大きなリニアコライダー組織になることが予測される。ILCSCは、GDEに代わる新組織の創設に向け、できるだけスムーズな移行が行えるようなスケジュール立案に取り組んでいる。CLICも取り込んだより大きな組織の整備は、もう少し長くかかるだろう。

Michel Spiro氏、CERN理事長。画像：CERN

また、Michel Spiro氏（CERN理事長）が、素粒子物理学の新たな欧州戦略の実行計画について検討を行った。最初の戦略立案は、2006年1月に、予備グループが仏オルセーで開かれたシンポジウムに集まった研究者グループからの情報を収集することから始められた。その後2006年5月には、戦略文書をドラフトするため、独ツォイテンで1週間の会議が行われた。最終的に2006年7月14日、ポルトガルのリスボンで、戦略はCERN理事会による承認を受けた。

FALC次期委員長、岡田安弘氏（KEK）。

ILCは、素粒子物理学の欧州計画のなかで5番目の項目として盛り込まれている。ILCに関しては、以下のように述べられている。 「リニアコライダーでLHCの結果の精密測定を行うことは、必須である。超伝導技術がベースのILCは、0.5～1TeVのエネルギー領域で、精度フロンティアで独特の科学的な機会を提供するものだ。2010年頃に再度評価できるよう、建設決定に向けた設計と技術的な検討を進めるため、GDE活動を中心に、CERNも含めた欧州のILC活動がよく調整される必要がある」

私たちのプログラムは、ILC技術と設計の開発に関しては、この戦略と一致しているが、スケジュール的には2年遅れになっている。欧州戦略の最新版に関しては、ILCとCLIC研究の情報をまとめて提示すべきと、たとえば、CERN所長のRolf Heuer氏から強く忠告されてきた。Michel Spiro氏により示されたように、「オルセー-タイプ」公開シンポジウムが再び開催される予定だ。今回は、米州とアジアから各一人ずつの代表を含む準備グループにより、十分な時間的余裕を持って準備が進められている。グループは2012年9月に欧州の素粒子物理学研究者グループからの情報を集める予定だ。これは、夏の会議の結果を考慮できるようなスケジュールとなっている。今後6ヵ月にわたり、共通の情報を展開するために、CLICと密接に働き続ける必要があることを意味する。

欧州戦略を更新する最終的なステップは、2013年1月に行われる、欧州戦略グループによる「ツォイテン型」会議となる。ここでは、2013年3月に承認を受けるためにCERN理事会へ提出するドラフト戦略文書が準備される。最終的には、2013年の5月または6月にブリュッセルで開かれる、CERN理事会では特別欧州戦略セッションが開かれ、戦略が採用されることになる。

今回のFALC会議での重要事項としては、次期委員長にKEKの岡田安弘氏、次期秘書に峠暢一氏が任命されたことも挙げられる。個人的に岡田氏の就任を歓迎したい。TDRを完了し、新しいILC組織へ移行するのにともない、私たちは、岡田氏とFALCで建設的に協力できるのを楽しみにしている。ILCは本拠地となる研究所を持っていないため、実際のプロジェクトになる前に、FALCによる助言、監督と支援の役割は、我々に取って非常に重要になる。

次回のFALC会議は、2012年4月16-17日に東京で開催される。

■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
今後のスクール
■ニュース記事
  • from Nature
    14 November 2011
    解決策を持っているならば、現在の標準模型を越えた物理学を説明する将来の試みを導きそうだ。確かに、スイスのジュネーブ近郊にあるCERNのLHCで発見されるかもしれない、これまでに知られていなかった粒子を含んでいるだろう。
  • from Discovery News
    9 November 2011
    過去20～30年間、粒子物理学者は、ブートするための、価値ある応用が医学や宇宙科学にある、物質と相互に作用している次原子の作用について予測するのを援助するために、ありとあらゆる役に立つシミュレーションツールの開発を行った。
  • from The Economist
    9 November 2011
    物理学者は、対称性に夢中だ。宇宙は、必ずしも彼らの機嫌をとらない。ビッグ・バンを捕まえなさい：自然が理想的に釣り合っているならば、物質と反物質の等しい量はそれから現れるだろう。
  • from The Observer
    6 November 2011
    高等教育基金委員会（HEFCE）によると、ビッグバン理論が最初に英国で放送された、2008-09年と2010-11年の間で大学入試サービスによる物理学を読むために受け入れられた学生数が10%増加した。
■今週のイメージ

小型高輝度光子ビーム発生装置開発実験のための入射器クライオモジュール（Injector cyromodule for the Quantum Beam experiment）

画像：峠暢一氏

日本のKEKの超伝導RF試験施設（STF）で、2台のILC型9セル空洞を備えた、入射器クライオモジュールの建設が、小型高輝度光子ビーム発生装置開発実験向けに始まった。空洞ストリングは、チューナー据え付けの準備ができている、クリーンルームから持ち出された。ガスもどり管は、被冷却体アセンブリフレームワークに置かれる準備をしている。

投稿情報: 2012/01/11 カテゴリー: ILC NewsLine |

2012/01/10

ILC NewsLine 2011年11月10日号

ILC NewsLine 2011年11月10日号　[英文記事]

■特集記事

ヒッグスだけで十分か？

(Is the Higgs enough?)

Rika Takahashi | 10 November 2011

ヒッグス・ボソンを真空に凝縮させる力、それを捉えるための決定的な手段となると期待されているのがILCだ。画像：藤井恵介氏。

欧州合同原子核研究機関(CERN)の大型ハドロンコライダー(LHC)の2つの主要実験グループ、アトラス(ATLAS)とCMSは、期待していた以上に順調にデータを収集中だ。LHCは10月末に2011年の運転を成功裏に終了した。

国際リニアコライダーの物理研究グループでは、LHCからの実験結果を予測し、それに備えて準備を進めている。9月にスペイン・グラナダ行われたワークショップでも、多くのセッションで活発な議論があった。それら一連の議論で注目されたのが、KEKの藤井恵介准教授が行った発表「Is Higgs Enough? Or do we need something clearly beyond the Standard Model? (ヒッグスだけで十分か？それとも明らかに標準理論を超える何かが必要だろうか)」であった。

「この問いに対する私の答えは『もちろんヒッグスだけで十分』です」と藤井氏は断言する。

これはどういうことだろうか？

世界の素粒子物理学者の間では、ILCの必要性の論拠としてLHCからの結果が欠かせないとする見方が強い。藤井氏は「問題になるのは、どんな結果であれ ば、ILC建設を正当化するのに十分か？ということです」と言う。ヒッグス粒子の発見（またはヒッグス粒子の存在の否定）は、LHCの最重要ミッションの ひとつだ。ヒッグス粒子は1960年代からその存在が予測されている未発見の素粒子。物質に質量を与えるメカニズムのカギを握ると考えられている。
過去の実験結果や標準理論に基づいて考えると、ヒッグス粒子は「低いエネルギー領域」に隠れているという見方が濃厚だ。（※注：12月13日のCERNの記者会見で兆候が認められるとされた124〜126ギガ電子ボルトが、低いエネルギー領域にあたる）「LHCからは今のところ標準理論を超える兆候は見られていません。逆に見れば、これは標準理論が予測している120ギガ電子ボルト周辺の低いエネルギー領域にヒッグスがある可能性が高まっている、と言うことができるのです」藤井氏。

 

ヒッグス粒子以外にも素粒子物理学者が探し続けているものがある。「超対称性粒子(SUSY)」だ。超対称性理論は宇宙をつかさどる4つの力(電磁気力、強い力、弱い力、重力)のうち、電磁気力、強い力、弱い力の3つを統一に導く「標準理論を超える」理論。この理論では、各素粒子に対となる超対称粒子が存在するとされる。しかし、これまでのLHCのデータからは、超対称性粒子らしきものは全く見つかっていない。とは言え、チャージーノとかニュートラリーノと呼ばれるカラー量子数をもたない超対称性粒子が500 ギガ電子ボルトILCのエネルギー領域に存在する可能性が排除されてしまったわけではない。これまで得られたLHCのデータ量はまだまだ十分ではないからだ。もちろん、全ての超対称性粒子が重過ぎて現在のLHCの感度では発見できない可能性もある。

500ギガ電子ボルトの ILCでは、様々な重要な反応を測定し研究することができる。画像：藤井恵介氏。

 

超対称性理論では、ヒッグス粒子は少なくとも5種類存在する。もし、超対称性粒子の質量がパートナー粒子よりもずっと重い場合には、これら５つのヒッグス粒子のうち一番軽いものが、ややこしいことに、標準理論で想定されるヒッグス粒子と非常に似た性質を持つものになると考えられているのだ。「そのため、LHCでヒッグスが発見されたとしても、それが超対称性理論のヒッグス粒子なのか、標準理論のヒッグス粒子なのか、精密測定で見極める必要があります。ここでILCの出番になります」

この精密測定を行うためのエネルギー領域が230〜250ギガ電子ボルト周辺だ。ここでは、標準理論ヒッグス粒子（またはそれと似た性質を持つヒッグス粒子）を大量に生成することができる。このエネルギー領域では、他にも重要な測定を行うことができる。その一例が、ZZH結合と呼ばれる相互作用の強さの測定だ。

これは、電子と陽電子が衝突して対消滅してＺボソンとなり， そのＺボソンが真空のヒッグス場にぶつかり、真空からヒッグス粒子がたたき出され、Ｚボソンと共に検出される現象の頻度を数えることで分かる。これは、真空に「ヒッグス場」が凝縮している証拠になる。


標準理論では、Zボソンの質量の全てが１種類のヒッグス場から産まれると考えられている。ILCでは、このZボソンの質量全部が本当に１種類のヒッグス場に由来するものか、誤差1パーセントという高精度で調べることができるのだ。「Zボソンの質量はすでにわかっています。この測定から推定されるZ粒子の質量が、すでにわかっている質量と一致すれば、Z粒子の質量の全てがその１種類のヒッグス由来だと結論できます。もしそうでなければ、それは真空にはそのヒッグス場以外にも何かが凝縮していることになり、標準理論を超える何かの存在の確証がえられるのです。」（藤井氏）。



ZZH結合が精密測定されると、ヒッグス粒子とZボソンの生成確率が計算できる。つまり、ヒッグス粒子が「何個」生成されるか推定することができるようになるのだ。できたヒッグス粒子の数が分かれば、ヒッグス粒子のいろいろな粒子への崩壊の数を数えることで崩壊の分岐比が求まる。そうするとヒッグス粒子と崩壊先の様々な粒子との結合（つまり相互作用の強さ）についても精密に測定することが可能になる。特に注目に値する点は、ILCではヒッグス粒子がたとえどんな粒子ー極端な場合、検出不能な暗黒物質—に姿を変えようとも、ZZH結合を精密測定できる、という点だ。「これはILCにしかできないことです」と藤井氏は言う。



500 ギガ電子ボルト ILCの守備範囲には、他にも非常に多くの面白い物理現象が待ち受けている。230〜250ギガ電子ボルトの次は350ギガ電子ボルトだ。ここでは、トップ・クオークを量産できる。



トップ・クォークは、クォーク族の中で最も重い粒子だ。ヒッグス粒子は、素粒子に質量を与えるメカニズムのカギを握っている。そのため、この重い粒子であるトップ・クォークとヒッグス粒子の相互作用を精密測定することはとりわけ重要だ。



さらにエネルギーを上げ500ギガ電子ボルトの領域にいたれば、Zボソンとともにヒッグス粒子が2つ生成される反応が測定可能となり、ヒッグス同士の相互作用を調べることができるようになる。ヒッグス粒子の間に働く力を調べることで、真空にどのようにヒッグスが凝縮しているのかそのメカニズムが解明できるのだ。



藤井氏は「例えLHCで何も見つからなかったとしても、ILCは必要だと考えています」と言う。もし全くヒッグスらしき粒子が見つからなかったとすると、ここまで宇宙の仕組みをとてもうまく説明できてきた標準理論と決定的な矛盾が生じる。重大な見落としがあったと言うことになる。いったいどこで何が問題だったのか、Wボソン、Zボソン、そしてトップ・クォークを徹底的に調べ直す必要が生じる。ILCは、この調査にも威力を発揮する。「軽いヒッグス粒子が見つからなかった時の有力な理論として考えられているのが、電弱対称性の新しい強い相互作用による破れのメカニズム、と呼ばれるものです。この理論では、Wボソン、Zボソン、トップ・クォークの性質が、標準理論とは違ったように現れて来ます。この研究はあまり注目されていませんが、新しい発見につながる可能性を秘めています」と藤井氏は言う。


グラナダでは、LHCでの発見のいかんにかかわらず500ギガ電子ボルトのILCが十分な科学的意義をもつとの研究者間合意が形成された。また、ILC実験を短い比較的安価な加速器から始める可能性も提示された。
しかし、ヒッグスが見つからなかった場合については、どのエネルギー領域を探索すべきか、どんな手段をとるべきかについて、研究者コミュニティは合意に至っていない。500ギガ電子ボルトのILC建設の「科学的意義」は十分だ。しかし、大型科学プロジェクトの建設実現には、科学的意義以外の様々なファクターが絡む。
ILCで挑む物理研究について、今後さらなる議論が行われる予定だ。

[英文記事]

CERN Courierより：加速の進歩：超伝導の方法

（From  CERN Courier: Advances in acceleration: the superconducting way）

2011年は、高周波（RF）超伝導が発見されて50周年の記念の年だ。超伝導は、現在、高エネルギー、および、ルミノシティ・フロンティアの加速器にとって重要なテクノロジーである。Hasan Padamsee氏による、この分野において鍵となる開発についての解説、また、その広範囲にわたる使用について行った調査について紹介しよう。

Résumé

Améliorer l’accélération par la supraconductivité

Un article pionnier publié en 1961 proposait l’utilisation de la supraconductivité pour les cavités radiofréquence (RF) pour permettre le fonctionnement en continu d’un accélérateur de protons linéaire. Il a fallu près de 40 ans pour que ce rêve devienne réalité, mais, pendant ce temps, le recours à la supraconductivité pour les cavités RF dans les accélérateurs de particules s’est développé progressivement. Cette technologie est maintenant très utilisée, non seulement en physique des particules, mais aussi pour d’autres applications s’appuyant sur des linacs de protons de haute intensité, ainsi que pour les sources de lumière synchrotron et les lasers à électrons libres. C’est à présent la technologie essentielle pour les accélérateurs aux limites des hautes énergies et des hautes luminosités, comme l’explique Hasan Padamsee.

 

1961年6月、A P Banford氏とG H Stafford氏が、影響力の大きい論文を発表した。両氏はその論文で、将来の超伝導陽子線型加速器の連続運転について記述した。当時、英ラザフォード高エネルギー研究所で運転されていた50MeV陽子加速器のヂューティサイクルは、1%であった。加速空洞壁の抵抗損は、加速電圧の2乗に比例して増加する。そのため、高い持続波（CW）の電圧によって粒子ビームのエネルギーが高くなると、銅製の空洞は不経済になる。超伝導特性が役立つのは、この部分だ。

 

超伝導体のRF表面固有抵抗は、銅の表面固有抵抗の5桁未満だ。超伝導共振子のクオリティファクター（Q0）は、一般的に10億（共振子がエネルギー消散する前に10億回発振すること）である。冷却装置が必要な電力で占められた後、全体的な冷却力の純益は、数百ファクターのままだ。より高い電圧、より短い超伝導構造は、加速空洞が軌道に乗った破壊的な影響を減らすこともでき、結果として、ビーム品質の改善、より高い最大電流、そして、より少ないビーム・ハロー（より少ない放射性化）につながることが、明らかになった。壁の低損失のおかげで、超伝導RF（SRF）空洞設計は大きなビーム開口の余裕を持つこともできる。そして、それはビーム混乱やビーム・ハローをさらに減らすことができる。

高デューティー・ファクターの大強度陽子線型加速器という、初期の夢の実現には、ほぼ40年かかった。今日、オークリッジ国立研究所の核破砕中性子源（SNS）は、1GeV、10mAビームの1MWのビーム電力を提供している88mの超伝導空洞と、6%のデューティサイクルで運転する。SNSの成功は、2016年に完成予定の、5MWのビーム電力運転を行う、欧州核破砕中性子源（ESS）の建設に影響している。

開拓者的な仕事

1960年代初期、スタンフォード大学は、William Fairbank氏の指導の下、電子加速器の超伝導空洞の開発をはじめた。1968年までに、彼らは固体のニオブ製の8.5GHzのTM010-モード単セル・ピル・ボックス共振子で、1.7Kで1010以上のＱ値を達成した。最初のニオブ空洞も、30MV/m以上の加速勾配という素晴らしい見込みがあることを実証した。

 

しかし、1970年代につくられた、より実用的で、より低い周波数（1.3GHz）の加速器構造の性能レベルは2-4MV/mに落ちた。主要な障害は、マルチパクティング （電子がもとにもどり再び電子をたたき出す現象） であった。1980年代中頃までに、マルチパクティングの物理は理解された。RF周波数でフィールドレベル・スケールが制限されており、それで、1960年代の高周波空洞が思いがけず免除されていたことがわかったのだ。

 

 

次の30年で、数層の加速勾配問題が明らかにされ、根底にある物理が理解され、解決策が開発された。それから空洞性能は安定したペースで増加し続け、加速器の応用も同様に進んだ。反マルチパクティング、球形（楕円）空洞の開発は、飛躍的な瞬間であった。マルチパクティングを克服し、超伝導特性の熱的絶縁破壊は、4-6MV/m次の制限的なメカニズムになった。表面欠陥の局部加熱は、熱暴走と超伝導特性のクエンチを引き起こした。解決策は、高純度、高残留抵抗比（RRR）のニオブに切り替えることだ。産業界との協調により、RRRは1桁よくなり、空洞の加速勾配は平均3倍上がった。熱的絶縁破壊のもう一つの解決策は、銅の空洞-基材の上へ、ニオブのミクロン薄膜をスパッタすることで、そしてそれはまた、特に空洞のある、低周波（0.35GHz）空洞の材料費を減らすことができるという利点があった。

表面電場が増大することにより、10-15MV/mで、電子放出は加速勾配に対する次の制限要因となった。世界的なR&Dによって、微小粒子汚染が電界放出の主要源であることが明らかになった。解決策として、より良い準備技術が要求された。例えば、高圧（100気圧）水による表面洗浄や、クラス100のクリーンルームで行うアセンブリなどだ。これらの進歩で、空洞の加速勾配は、20MV/mまで上昇した。

しかし、20MV/mより上では、電場が上がるとRF損失が起きるという現象が生じることがわかった。このような損失の物理についてはまだ調査中だが、実際的な対応策はすでに整っている。標準的な化学エッチングに代わり、電解研磨によって、よりなめらかな表面が作られ、その後2日間にわたり120度で軽い焼成が行われている。現在では、加速勾配は35-40MV/mに達すると予測されている。基礎研究は理論上の限界である55MV/mの達成に向かって進んでおり、実証試験では多くの9セル空洞が、40MV/mを超える性能を出している。

SRF発進

1980年代中頃から着実に加速勾配が向上し、RF超伝導特性はエネルギー・フロンティア、ルミノシティ・フロンティアで加速器の重要なテクノロジーになった。これは、低エネルギーと中間エネルギー原子核物理学、天体核物理学、基礎物質科学の最先端分野でも同様である。また、SRF空洞は、現在いろいろなフロンティア加速器で電子、陽子、重イオンビームを通常加速している。

 

高エネルギー加速器研究機構（KEK）のTRISTANとドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）のHERAで、SRFが電子貯蔵リングでエネルギー・フロンティア研究の推進のために使われたのは、1990年代初期のことであった。1990年代後期に、銅のスパッタリング・ニオブにより、つくられた500mの超伝導空洞により、欧州合同原子核研究機関（CERN）の大型電子陽電子コライダーのエネルギーは2倍になった。現在、ニオブ・銅超伝導空洞は、CERNの大型ハドロンコライダー（LHC）の電圧と高電流の要求に応じている。ルミノシティ・フロンティアで、大電流、高ルミノシティ電子で－陽電子ストレージリングは、運転してきており、cとbクォークのおびただしい生産のために米国のコーネル電子貯蔵リング、日本のKEKB施設、中国の北京電子陽電子コライダーSRF空洞で運転し続けている。

 

原子核物理学の最先端では、米ジェファーソン研究所（J-Lab）において、再循環により、6.5GeVビームを達成するために、1GeV超伝導直線加速器が設置された。同研究所の連続電子線加速器施設（CEBAF）は、150m以上のSRF空洞（1つの施設の運転の最大値）で、15年間運転していた。先を見越し、J-Labでは、6.5～12GeVまでCEBAFのエネルギーをアップグレードするため、20MV/mの空洞の開発も行った。

 

CW超伝導加速器は、異なる速さでいろいろなイオン種を加速し、荷電状態にするために、最適化された共振子を提供することができる。アルゴンヌ国立研究所のアルゴンヌタンデム‐ライナック加速器システムとレニャーロ国立研究所のALPI加速器は、数十年にわたり運転した。カナダトライアンフ研究所は、超伝導重イオンリニアックを、既存の放射性ビーム施設「ISAC」に追加し、40MV以上の実現に向けてアップグレードしている。ニューデリーとムンバイの重イオンリニアックも、運用が開始された。現在、250以上の超伝導共振子が世界中で運転されている。CERNのHIE-ISOLDEのGANIL研究所のSPIRAL2プロジェクト、そして、ミシガン州立大学（MSU）のReA3加速器など、新ラジオアイソトープ・ビーム（RIB）施設が建設中である。

 

光源としての電子ストレージリングは、材料科学や生物科学に大きな影響を及ぼしている。SRF加速システムが、例えばコーネル高エネルギーシンクロトロンソースと台湾放射光源など、電子貯蔵リング光源をアップグレードする際に使われた。カナダの放射光源、英DIAMOND、中国上海光源、仏SOLEILもまた、SRFで運転している。米ブルックヘブンの国立シンクロトロン光源II、そして、韓国の浦項放射光では、SRF空洞を使う予定だ。ポールシェラー研究所（PSI）のスイス放射光源とトリエステのELETTRAは、両方ともビーム寿命と安定度を改善するために、第三調波超伝導空洞を組み込んでいる。

 

 

SRF直線加速器ベースの自由電子レーザ（FEL）は、広範囲にわたる波長以上同調可能な、可干渉性放射線を提供する。J-Lab FELは、ほぼ1MWのビーム電力を再循環させることによるエネルギー回収で、赤外線で14kWの連続発振レーザー力を発生させる。これは、次世代光源と電子冷却応用のためのエネルギー回収直線加速器（ERL）の使用に向けた重要なマイルストーンである。SRFベースのFELは、日本原子力研究所とドイツのELBEプロジェクトで運転されている。DESYのFLASHは自己増幅された誘発放出（SASE）原則ベースの短波長FELであり、6nmの波長光を届ける。そのSRF直線加速器は、60台以上の空洞（1GeV電子ビームを加速する各々の長さ1m）を使う。いろいろな革新的な直線加速器ベースの光源は、より高い輝度と光学ビーム品質をあげるべく、FELとERLに向け、検討中でもある。ERLの高強度ビームは、たとえばブルックヘブンで重イオン衝突型加速器をアップグレードするために、電子冷却応用、そして、電子イオン・コライダーの模索に拍車をかけた。

 

多くの刺激的な見通しの兆しが見え、多くの研究所で新たにSRF施設が建設されており、世界のSRF研究者グループは拡大している。全部で、1km以上の超伝導空洞が、7GeV以上の加速を提供するために、世界中で設置された。DESYの欧州XFELのための超伝導直線加速器で進行中の最大のSRF応用で、16GeVの次の大きな飛躍は、すでに建設中である。それは、22MV/m以上の加速勾配で運転しているほぼ700台のニオブ空洞がベースになっている。2016年に完成すると、それは下位ナノメートル（A*ngstro"m）波長で、先例のない輝度のX線ビームを提供する。

 

新たなレア・アイソトープ・ビーム施設（FRIB）は、宇宙で恒星進化と素子の形成に関係がある、風変わりな同位元素の研究を可能にするために、MSUで進行中である。FRIBは330以上の低流速共振子に基づく。そして、運転で現在その数は二倍になる。

 

研究中の最も野心的な次世代の応用は、500GeV超伝導線形加速器、国際リニアコライダー（ILC）である。それは、31.5MV/mの加速勾配で運転する16kmの超伝導空洞を必要とする。30-40MV/mという、高い加速勾配を実現するための、高い性能歩留まりに到達するための精力的な研究が進行中だ。ニオブ、空洞、そして、関連した要素のための新しい売り手は、世界中で開発されている。性能安定性とコスト削減の改善された技術が、出てきている。新しいアセンブリと試験設備は、サクレーのDESY、KEK、米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）で一体となっており、DESYのXFELの経験は、重要な踏み石である。1TeVに向けた次世代ILCエネルギー・アップグレードは、55MV/mの最終的な可能性に向けて、ニオブを押し、そして、このように、100MV/mの加速勾配で、新素材のためのチャンスを与える、より高い勾配からも利益を得る。Nb3Snは、100MV/m加速勾配の実現の見込みを提供している最も有望な候補だが、この可能性を確かめて、それを利用するのに必要な発展を導くためにかなりの研究が必要だ。

 

SNSと来るべきESSの成功で、高強度陽子ライナックは、いろいろな領域で将来のニーズを満たしそうだ。Fermilabのテバトロン（プロジェクトX）とCERNのLHCの陽子加速器の入射器一続きをアップグレードし、放射性核廃棄物の処理の核種変換過程応用、トリウム燃料を使っている原子核エネルギー生産、高強度ニュートリノ・ビームライン、ミュオン電子貯蔵リングベースのニュートリノファクトリーのための高強度ミュオン・ソース、そして最終的には、マルチ-テラ-電子ボルト・エネルギー・スケールのミュオン・コライダーである。これらのはるかに将来の見通しの全ては、もちろん進行中の活動の成功次第だ。

 

シカゴで開かれた2011国際SRF会議は、350人以上のSRF狂を迎えた。私たちは、RF超伝導特性研究者グループが、今後の課題に直面し、うまく実現にこれらの刺激的な見通しをもたらすために、創造力と決心すると強気の姿勢を保つことができるのだ。

[英文記事]

■ディレクターズ・コーナー

宇宙の速度制限を破る？

（Breaking the speed limit of the universe?）

Barry Barish | 10 November 2011

速度制限は、1905年のアインシュタインの相対性理論で決められた。画像：ドイツの連邦政府アーカイブ

 

実験物理学は、科学を推進するうえで多くの役割を演じている。私たちは、物質世界を解説することに役立つたくさんの測定を行っている。私たちは理論をテストし、時々、それは物質世界についての私たちの理解を変える不意の発見に導く。科学を進める一部は、たとえ私たちが理論的に予想されることを確認するだけであると思っているとしても、自然描写の正当性を実験的にチェックしている。これは実験物理学の義務であり、そして、かねての信条さえ間違っているとわかり、時々、私たちは驚かされる。
100年以上の間、アインシュタインの相対性理論の「光の速さより速い粒子はない」という法則が正しい思われる実験結果が出ていた。物理学者として私たちは、そのような『法則』の正確性を実験的にチェックする義務がある。今回、CERN発のニュートリノとグランサッソ研究所のOPERA実験で、光速より速く移動する粒子を検出したという測定結果が出た。驚いたことに、CERNから光速で移動するニュートリノのグランサッソへの到着時間が、予想より60ナノ秒早いということなのだ。これはすごい！しかし、この結果は正しいのか？

 

1976年、コロンビア大学のFrank Sciulli氏と私は、Fermilabのニュートリノ実験の共同スポークスマンであった。ある日、George Kalbfleisch教授（オクラホマ州大学の物理学者）から、ニュートリノの速さをチェックするために私たちの実験を使うことが提案された。興味をそそられた私たちは、1976年にニュートリノ速度を計るために一丸となった。Kalbfleisch氏とその研究チームは1979年、より高い統計分析でフォローアップした。私たちの実験では、シールドを透過した高エネルギー・ミュー中間子とニュートリノ/反ニュートリノの相互作用を測定器で捉えることにより、ニュートリノと反ニュートリノの到着時間の直接の比較を行うものだ。この実験から産まれた2つの論文が、OPERA実験論文で参照5として引用され(Phys. Rev. Lett. 43, 1361 (1979) と Phys. Rev. Lett. 36, 837 (1976))、そして、彼らは|v-c|/c<0.4×10-4の制限で、光速から測定可能な逸脱を報告していない。

シールドを透過している高エネルギ・ミュー中間子とニュートリノ・インタラクションを比較することにより、ニュートリノ速度の直接測定する1976年のFermilabセットアップ

OPERA実験はニュートリノ振動を測ることが目的であり、ニュートリノビームを、CERNからグランサッソまで、およそ732キロメートルという長い距離飛ばす長基線実験だ。測定精度をかなり改善することになる。しかし、この長いベースラインを利用するために、加速器から測定器までの距離を正確に計る新しい技術が要求されることになり、ニュートリノビームの起動時間を決定し、測定器で相互作用時間とニュートリノとの相互作用の位置を測定する。

MINOS実験でもすでに、同様なニュートリノ長基線測定を行っており、2007年には約3GeVニュートリノの結果を発表している。MINOS実験では、米シカゴ近郊のFermilabの前置検出器と、ミネソタ州のスーダン鉱山にある後置検出器の双方で、ニュートリノ・イベントの検出時間を比較した。両検出器の間の距離は、偶然の一致で約734キロメートル離れている。MINOSは合計473個のニュートリノ・イベントを記録し、68%の信頼水準で測定した。その結果、ニュートリノの早さは1.8σまで光速と一致している。

 

グランサッソで行われているOPERA実験は、MINOS実験と同様、長基線ニュートリノ振動を研究するためにつくられたものだ。ニュートリノ速度の新しい測定値には非常により大きな統計があり、そのうえ、彼らは要求して、体系学を改善した。彼らはタイミングシステムを改善することによって系統的誤差を減らすために一致協力の努力をしてきたし、正確なGPS寸法を通してニュートリノ・ベースラインの正確な測定を行うために地下深部へと測定器を移した。その結果、彼らはそれと比較してニュートリノのための見た目の早めの到着が60.7の±6.9（統計的な）（±7.4（組織的な）ナノ秒）の真空で光速で動いている粒子のために予想されるのを発見する。この早めの到着は、|v-c|/c = 2.48±0.28（統計的な）（±0.30（組織的な）x 10-5）の光速と比較し、ニュートリノ速度の改善された測定値と一致する。

OPERAの結果は、ニュートリノ・イベントの慎重な初期の到着時間を示している。画像：OPERA

OPERAの結果はより正確なもので、したがって、私が上で議論したこれまでの加速器限度と矛盾しない。しかし、最も敏感な制限は、超新星からニュートリノから来ている。そこは、日本の神岡検出器と米アーヴィン-ミシガン州-ブルックヘブン測定器のニュートリノの到着時間がSN1987aから始まっている光子と比較されたところだ。この分析は、|v－c|/cの制限を与えた< 2つの×10－9、地球の加速器測定より4桁よいものだ。しかし、1つ警告しておきたい。超新星ニュートリノは、かなり低エネルギーニュートリノ（およそ30MeV）である。
どういうことか？ニュートリノが光の速度より速く移動すると結論することができるか??もちろんそうではない！この結果は、現在彼らの実験の厳しい分析により、追及されなければならない。OPERA分析は、現在、科学界による詳細な調査を受けている。すでに、有効な質問がされている。1つは、衛星利用測位システム（GPS）を使用する際に衛星の運動のために較正があるかどうかということである。もう一つは、Cohen氏とGlashow氏による理論論文で練られている。著者は、そのような超光速に見えるニュートリノがグランサッソへ行く途中で放射電子-陽電子対によりエネルギーを失うことを示している。彼らは、結果がしたがって、可能でなく、彼らもそれが他の実験と矛盾すると指摘すると主張する。

 

最後に、実験観察はもう一つの実験（MINOS）によってチェックされなければならない。そして、それはこの結果を確かめるか、論破する新たな活動をすることになっている。これは、物理学者である本当の美しさの一つである。私たちは、通常、例えば、Cohen氏とGlashow氏のような批評によりOPERAのようなもの、そして、実験的にそれをチェックすることで、主張をチェックしている。
この仰天するほどの結果が実際に正しいことがわかると、物理学の私たちの基礎知識を変えてしまうだろう。しかし、興奮し過ぎる前に、私たちはこれを展開させる必要がある。最後は、実験が決めるのだ。

 

最終的な考えとして、この結果がそれほど速くなぜ市民の想像力を捕えたかを疑問に思うかもしれない。私の同僚Nick Walker氏は、彼が息子のPatrick君とした会話を中継した。OPERAの結果がニュースになったとき、好奇心いっぱいの14歳は、Nickに尋ねた：「ニュートリノは、重要なの？」彼のおとうさん（Nick）はそれが面白い質問であると語り、そして、最近の実験による事実では、私たちはその答えがYESであることを知っている。それから、Patrickは、喜びを示しながら答えた。「よかった！私たちには（光速より速く行く）希望があるのです！」

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■ニュース記事

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パリで電子ダンス

（Electrons dance in Paris）

画像: Sciences-ACO

先月、本物のテーブル電子加速器は、仏パリの、フランス国立科学研究センター（CNRS）展示Entre'e en matie`re in Trocade'ro's gardensで、初めて一般に公開された。このモデルは、一般に加速器運転、そしてよりとりわけコライダーの基礎をなしている原則を理解する、概略紹介として用いられるためにつくられたもの。実際に見て、コントローラーを操作でき、したがって、簡単に、起こっていることをつかむことができる。モデルは、仏LALのオルセー電子貯蔵リングの（Anneau de Collision d'Orsay（ACO））の小さなレプリカだ。1965年～1980年の間、各ビーム500MeVのエネルギーでACOはコライダーとして運転した。本物の加速器は現在博物館で、フランスの遺産登録のリストにあがっている。


「電子のダンス」と呼ばれているモデルについて学ぶにはこちら（フランス語）。

 

投稿情報: 2012/01/10 カテゴリー: ILC NewsLine |

ILC NewsLine 2011年11月3日号

ILC NewsLine 2011年11月3日号　[英文記事]

■ディレクターズ・コーナー

グラナダ・リニアコライダー・ワークショップの最前列から

（A front row seat at the Granada linear collider workshop）

Barry Barish | 3 November 2011

LCWS11ワークショップは、都市を見渡す歴史的アルハンブラ宮殿の故郷である、絵のようなスペイン、グラナダで開かれた。

レプトン・コライダー研究者グループは、欧州の素粒子物理学戦略を最新の状態にするプロセスと同様に、スイスにある、欧州合同原子核研究機関（CERN)の大型ハドロンコライダー（LHC）から出てき始めている物理を注意深く監視し、徐々に一つにまとまる方向へ進んでいる！9月26日～30日までグラナダで開催された次世代リニアコライダーのための国際ワークショップ（LCWS11）は、およそ350名の参加者をむかえた大規模なもので、そして、ILC、CLIC、ミュオン・コライダー研究者グループの並行スレッドがあった。重要なことだが、LHC、各レプトン・コライダー・オプション、物理と測定器技術と設計と次世代の計画に関する進捗が報告された、共同の全体会議セッションがあった。今後数ヶ月で、私たちの研究者グループは、始まっていて、2013年前半に完成する欧州の長期の戦略計画の更新処理のための情報を考案しなければならない。グラナダワークショップは、各オプションの範囲内の徹底的な作業セッションと同様に、レプトン・コライダー研究者グループの異なる部分間の広範囲に及ぶ情報交換の場となった。

M.C.Escherによる、無限の宇宙のアルハンブラ宮殿の展示は、素粒子物理学の次世代の複数の可能性の精神を捕えている。

 

アルハンブラ宮殿は、丘上のグラナダ市を見渡すことができるところにあり、赤みがかった宮殿は、スペインにおけるムーア人の存在の800年の歴史を象徴するものだ。この世界史跡は、CERNのLHCに続き、補完しようと、新しい次世代の大規模加速器に取り組み、計画している、数百の科学者に、斬新で訴えかける背景を与えた。面白いことだが、私たちの次世代計画を特徴づける不確かな複数のオプションと分岐点は、LHCから来る科学結果と助言次第である。高エネルギー・フロンティアの次世代の軌跡のこの不安定さは、M.C.の作品を思い出させる。Escherのもつれる循環画像。Escherがアルハンブラ宮殿に対して特別な親和性を持っていたことがわかり、そして、会議の時、Escherがアルハンブラ宮殿へ訪問してから75回目の記念日を祝し、Escher特別展が開かれていた（現在も開催中）。それは、無限の宇宙と呼ばれている。（複数形である点に注意！）

おそらく、次世代レプトン・コライダーの計画をする際に維持しなければならない、寛容さと柔軟性における最高の具体例は、オープニング全体会議の講演中に、CERN所長Rolf Heuer氏の言葉に表れている。彼はLHC結果に関する、明らかなものを述べることから始めた－「ヒッグスを見つけることは発見である！」それから、明らかでもなければならないこと（「標準模型を除いて、ヒッグスは発見でもある！」）を述べ続けた。この単純な観測は、LHC実験が私たちが必要とする答えを見つけて、それによって始まって、次世代のために軌跡を指すことを劇的に示している。幸いにも、Rolf氏によると、私たちには現在「基礎粒子が質量を得るメカニズムをはっきりさせる態勢になっているLHC」がある。

Rolf Heuer氏は、グラナダでの全体会議セッションの導入で、集まったリニアコライダー研究者グループにメッセージをおくった。

最後に、Rolf氏はリニアコライダー研究者グループに特別なメッセージをおくった：一つにまとまった研究者グループになることは重要であり、これらのプロジェクトが実用的なものに実現するには、プロジェクト提案をする前に取りかかっていなければならない。世界的な計画工程の一部として、ドキュメンテーション（期待を持って統一）は欧州戦略を今後更新していくうえでの情報として準備されなければならない。
簡単に私は何がLCWS11の主な成果であったと考えるか述べることで、今日のコラムを締めたい。分散した世界的な活動である、ILC研究者グループにとって、この会議は、物理、加速器、測定器に関する私たちのいろいろなワーキンググループの大きな表現をまとめるものだった。それはまた、ILC、CLIC、ミュオン・コライダー支持者の間での接点を与えてくれた。おそらく、これらの非公式の交流は、そのような合同ワークショップを開催する最も重要な意義である。しかし、ILCにとってより明白なことだが、LCWS11は、私たちがコストを算出し、文書化することと同様に、技術設計報告書のベースラインをつくることから、決定される必要があり、詳細な技術的な設計を完了に集中することに移行した時期であった。今後達成すべき残っている仕事が多数あるが、それでも、私たちは2012年末にしっかりとしたTDRをつくるのに順調である。
■世界の各地より

科学を求めて

（Hungry for science）

ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の一般公開には、好奇心の強い見学者が多数集まった。

Barbara Warmbein | 3 November 2011

DESYの一般公開の来場者に、ILCについて説明する、Steve Aplin氏。画像：DESY

先週土曜に、DESYは一般公開を行い、バス数台分の人々でキャンパスが溢れ返った。この光景を見ると、最近まで、素粒子物理学について語ると、人々は肩をすくめて逃げてしまうと思われていたとは考えられないくらいだ。来場者は、天井クレーンを動かすことに挑戦したり、ワークショップで精密機械を賞賛したり、最近引退したDESYの加速器である「HERA」のトンネルの入口の外で、何時間も根気よく待ち、測定器ホールまで歩いたりした。13000人以上の来場者の多くは「粒子テント」も訪れた。「粒子テント」とは、DESYのLHC、ILCと宇宙粒子物理学の研究を紹介するために特別に設置された展示場だ。

DESYのILCグループの展示は、ILCで行われる物理研究や、タイムプロジェクションチェンバのモデル、本物の検出器付きのミニ陽電子放射断層X線撮影装置スキャナなどの成果が紹介された。また、空洞の代わりにクランク、粒子の代わりにボールを使った体験型線形加速器は、子どもたちに人気で、Karsten Buesser氏によるILCの講演も行われた。一般公開のスタッフとして参加したSteve Aplin氏（DESY ILCソフトウェアの専門家）は、考古学の2人の学生との議論が特に印象的だったと言う。彼らは、話を始めた時には高エネルギー物理学について何も知らなかった。Aplin氏は学生たちに、粒子イベントを再構成するのと、明時代の花瓶を復元するのは、そんなに違わないことだと説明したという。「最初のうちは、出土した破片が明時代の花瓶かどうかはよくわかりません。そのうちいくつかの破片はすぐに明の花瓶だとわかる特徴がありますが、他のものはそうではありません。行方不明の欠片は、私たちにとってのニュートリノのようであり、建材のかけらや石は私たちにとってのバックグランドなのです」。そして、考古学研究では復元された花瓶が手に入り、素粒子物理研究では粒子の衝突で何が起きたのかが解ることになる。

ILCの展示を見る一般公開の参加者ら。画像：DESY

ハンブルグ市にある多くの研究機関が、隔年で行われる市のイベント「科学の夜」に参加している。今年のイベントは、全体で20000人の参加者が集まった。DESYは、イベントプログラムのかなりの部分を担当している。そして、次々と来る参加者に対処するため、夜だけでなく昼にも公開を行っている。正午にゲートを開門し、その12時間後にイベントが終了するのだ。新しい建設が進む現場や新たに始まる研究プログラムがあり、今、DESYキャンパスはとても忙しい場所だ。そのため、多くの人々が、新しいものについて学ぶために、毎回一般公開にやってくる。今年は、新しい試みとして研究テーマ別のウォーキングツアーが提供された。加速器、X線、そして素粒子物理学の各テーマのコースや子供たち向けの特別ツアー、「科学の柱」と名付けられた、ワークショップ、力比べ、コンピュータ・センターや、科学からうまれた様々なサービスを紹介するコースもあった。これらのツアーは、キャンパスを迷わずに回ることにも役立ったし、万一道に迷った人がいても、青いTシャツを着たたくさんのDESYボランティアがサポートした。

来場者たちは、この1日でヒッグス機構を理解することは無理だったかもしれない。しかし、研究所で何が行われているのかについては理解が深まったことだろう。

加速器経済の影響を拡大させる

（The multiplying effects of an accelerator economy）

Leah Hesla | 3 November 2011

Niowave社のウェブサイトの画像。画像：Niowave

「Niowave社」(米ミシガン州ランシング市)のウェブサイトは一見、家庭用電化製品の広告のように見える。黄色の星形の吹き出しには『即納保証』がうたわれているし、赤字で示された価格は、まるでお買い得価格の表示だ。しかし、ここで宣伝されている商品はなんと「ILC/TESLA型加速空洞」なのである。
この広告から、超伝導線形加速器メーカー「Niowave社」は、比較的短い納期で空洞を製造することが可能だと見てとれる。これは、これらの超伝導構造が「在庫品」として市場で買えるようになる状態に向け、遅々としてではあるものの、前進しているというしるしであろう。
「これは、この製品をカタログ品として提供できるという彼らの自信のあらわれです」と、国際共同設計チーム（GDE）プロジェクト・マネージャー、Marc Ross氏。「これは大量購入を検討する顧客がいるということを意味しています」
Niowave社は、ILCの超伝導技術を開発している米企業のうちの一社だ。その空洞セルの溶接は、米インディアナポリスの取引先、C.F. Roark社に頼っている。

空洞がどの程度「製品」としての市場価値を持つことになるのか予測するのは次期尚早だが、2005年にNiowave社を設立したTerry Grimm氏は、素粒子物理学分野以外にもニッチ市場があると踏んでいる。Grimm氏はもともと、研究所や大学で粒子加速器をつかって研究する物理学者であった。

「これはビッグチャンスです。これらの装置の商業市場が存在すると考えています」と、Grimm氏。加速空洞は、巨大な地下高エネルギー粒子コライダーだけに必要であるというわけではない。生物学やセキュリティ分野などで、ILCと類似した技術を使う卓上型加速器が活用されている。「商業市場で扱うのは、もっと小さな加速器です」。

ILCで使う空洞は、商業的プロジェクトに使うものに比べて要求が高い。ニオブの純度はより高く、加速勾配はより高く、そして、基本構造は複雑な拡張機能を持つ。商業プロジェクトでは、ILCほど多くの空洞を必要としない。しかし、最高水準のニオブ構造を開発する過程で、よりシンプルなシステムをつくるときに役立つことを学ぶことができるだろう。

「この研究は、会社のためになったことはもちろん、技術の進展にも役立ちました」と、Ross氏。

ニオブ空洞を洗浄するNiowave社の従業員。画像：Niowave

Niowave社にとって、技術開発は、加速勾配を最大にすることだけではなく、いわば実用的なシボレーのような、初心者向け超伝導空洞モデルを仕上げることを意味するのだ。この20MV/m(1メートルにつき20メガボルト)の加速勾配性能をもつ空洞は、ILCの35MV/m『キャデラック』標準モデルよりかなり安いコストで製造できる。会社の顧客の多くは最高性能の空洞を必要とはしないため、初心者レベルの顧客に評判がよいのだ。

Niowave社は十分な市場があるとにらみ、注文が入ったらすぐに、処理・成形を行うことができるよう未精製のニオブを備蓄している。Niowave社は、世界で唯一、これができる会社だ。在庫からすぐにニオブを準備できるということは、「完成品」としての加速器システム開発における便利な第一段階となる。都合の良いことに、同社は、ビームテストを実施できる放射線発生免許も持っている。もし免許がなければ、研究所のビームテスト施設の空き待ちをしなければならない。

Niowave社は、ミシガン州ランシング市の以前は小学校だった場所にある。超伝導加速器の研究開発は、教室、オフィス、ラウンジ 、ボイラー室でさえ行われている。Niowaveという名前は、「ニオブ」と「マイクロ波」を組合せたものだ。画像：Niowave

超伝導システムの開発は、米国の産業界にとって比較的新しい事業である。

「米国では、ニオブ空洞は研究所で作られていました。そのため、産業界にとっては新規事業となるわけです」と、Grimm氏。「この開発の過程ではILCが非常に役立ちました。 企業と研究所が共同で働ける環境を作ってくれたからです。ILC研究者グループは、さらにこの動きを後押ししてくれています」

他の領域でも、この「後押し」が影響しているようだ。Niowave社の自由電子レーザー・システムは、貨物専用コンテナの検査に役立ち、搭載された違法な兵器を発見するかもしれない。Niowave社は、電子顕微鏡向けの、超伝導空洞の開発も行っている。高頻度のパルス電子ビームの化学反応によって連続画像を作り出すことが可能となるのだ。研究者は、この技術の製品化も待ち望んでいる。

「電子顕微鏡を開発・使用する科学者のなかには、私たちのところへやってくる人もいます。私たちが彼らから得る知識もありますが、高周波や加速空洞に接した経験はわずかしかありません」、とGrimm氏。「それは、私たちが参入するところです」

超伝導直線加速器の改善に向けた研究が、ランシング市周辺の経済にも影響しているようだ。これは、自動製造技術で最も顕著である。また、超伝導サイクロトロン研究所と次世代レア・アイソトープ・ビーム施設（FRIB）の故郷である、ミシガン州立大学は、原子および素粒子物理学専門知識の拠点である。先端技術製造の最近の再開は、2008年の不況に襲われた領域を活気づけた。

「相乗効果が重要なのです」と、Lansing Economic Development Corporation社のCEOである、Bob Trezise氏は語った。

「これはNiowave社には確かに当てはまります。Niowave社の売上高のほぼ全てが、ミシガン州外の顧客から来ているのです」と彼は語った。「Niowave社で新しいFRIBプロジェクトとFRIBの研究の商業活動を組み合わせることで、ミシガン州中部は、超伝導加速器産業界の世界的な原動力として確立してきました」

他の領域を模索する一方で、Niowave社はILCのための空洞開発を続ける。

「Niowave社は、この技術における中小企業モデルがあることを示すチャンスなのです」と、Ross氏は語った。
■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ

今後のスクール

■ニュース記事
  • from New Scientist
    1 November 2011
    研究者が新しいデータを分析し始めて、LHCは、11月5日から4週間衝突する鉛イオンに転換している。これらの衝突は非常に高密度で熱い物質のポケットをつくり、ビッグ・バンの後の最初の瞬間の状況を再現する。
  • from symmetry breaking
    1 November 2011
    スタンフォード大学は、本日、SLAC国立加速器研究施設の所長、Persis S. Drell氏が教職員に戻ることに決めたと発表した。
  • from Nature
    28 October 2011
    今年のヒッグス粒子の探索は、終わりに近づいている。10月30日、ジュネーブ近郊にあるCERNのLHCは、他の基礎粒子に彼らの質量を与えると考えられる、捉えどころのない粒子を探す、陽子-陽子衝突の2011年の運転を終える。
  • from Time
    26 October 2011
    ハリウッド伝説のAudrey HepburnやKatharine Hepburnのように、同じ名前をしていても、ダークエネルギーとダークマターは完全に無関係である。
■プレプリント
arxiv preprints
  • Development of Readout Interconnections for the Si-W Calorimeter of SiD
  • Improved jet clustering algorithm with vertex information for multi-bottom final states
■スライドショー

テバトロン賛辞

（Tevatron tribute ）

画像: Cindy Arnold氏、Miles Boone氏、Reidar Hahn氏、Marty Murphy氏

9月30日、スぺイン、グラナダでLCWS11は段階的に縮小していた。世界の向こう側で、テバトロンは28年の運転後、運転を停止した。米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）は、研究所をあげてテバトロンの祝賀を行った。

投稿情報: 2012/01/10 カテゴリー: ILC NewsLine |

2011/12/07

ILC NewsLine 2011年10月27日号

ILC NewsLine 2011年10月27日号　[英文記事]

 

■世界の各地より

「かまぼこ型」？トンネル

（Proposing a fishcake shape）

Rika Takahashi | 27 October 2011

「かまぼこ型」トンネルの断面図

「かまぼこ型」といえば、日本人であればピンと来る特徴的な形だ。このかまぼこ型が、アジアサイトにおけるILCトンネルの形として採用された。

10月12日、13日の2日間、ILCの土木・サイト選定に関する会議が行われた。ILC国際共同設計チーム(GDE)が「SB2009」とよばれる、コスト／設計を最適化した新たな設計ベースラインを発表した時に採用されたのが、基準設計報告書（RDR)で採用された「ダブル・トンネル」に代わる「シングル・トンネル設計」であった。SB2009発表時には、日本の研究者は「日本版シングル・トンネル」と呼ばれる、一見するとトンネルが2本あるような設計を提案していた。

日本のILCの土木・サイト選定研究チームは、産業界の専門家と協力して、詳細なサイト分析を行い、8タイプの異なるトンネルデザインについて検討を重ねて来た。GDEプロジェクト・マネジャーの山本明氏（高エネルギー加速器研究機構：KEK）はこの会議で「多くの方の多大な努力の結果、この『かまぼこ型』トンネルを、山岳サイトにおけるトンネルデザインとして提案したいと思います」と述べた。

「SB2009の時には、日本の山岳サイトに適するトンネルの設計を検討する際に、トンネル・ボーリング・マシン(TBM)を使った掘削方法をベースにしていました」と語るのは、土木・サイト選定チームの宮原政信氏（KEK）。しかし、この時提案された「シングル・トンネル」のトンネルは、1本ではなかったのだ。「設計図を見ると、2本のトンネルが平行に走っているのがわかります。これは、日本では、大規模工事の際に、本トンネル掘削の前に『先進導坑（パイロットトンネル）』を掘る場合が多いことに起因しています」と宮原氏は言う。

TBMは主要なトンネル掘削手法の一つだ。もうひとつの掘削方法としてNATM – 新オーストリアトンネル工法がある。加速器を建設するためには、堅固な地盤を要する。TBMは一般的に、岩盤等の固い地盤の掘削に優れていることから、ILCトンネルの工事方法として、米国、欧州、アジアの全地域での工事方法として採用する方針が採られて来た。

TBMマシンは、巨大な円柱型の掘削機。様々なタイプの地質に対応することが可能だ。特に、堅い地盤における工事に適しており、周囲の地盤への影響を与えることが少なく、掘削面は非常に滑らかなことが特徴だ。TBM工法は、短い工期が求められる工事にも適している。「TBMを使った工事では、TMBマシンは工事現場の最前線に据えられ日夜トンネルを掘り続けます。もし、TBMマシンが地下水や、緩い地盤の箇所に突き当たると、困ったことになります」と、宮原氏は言う。「日本の国土は７０パーセント以上が山岳地帯です。そこで、日本では、トンネル工事の際に「先進導坑」を掘り、まず地質情報を収集しておく、という場合が多くなっています」。

地質情報が無いと、突然の出水やトンネルの崩落など、危険な状況に陥ることにもなりかねない。最悪の事態を回避できても、復旧工事には時間を要し、工事の遅延につながることもある。では、NATM工法を使うと、どんなメリットがあるのだろうか？

「RDRとSB2009の時には、NATM工法は掘削オプションとしては除外していました。NATMは、月間平均120メートルと掘削スピードが非常に遅く、TBMと比較すると数倍工期が長くなってしまうのです」と宮原氏。「しかし、検討の結果、異なる箇所で工事を同時に進めるなどNATMの工事スケジュールを最適化することで、TBMよりも短い工期で、比較的安価でのトンネル工事が可能だということがわかったのです」。

カマボコ型トンネルは、幅11メートル高さ5.5メートルで、中央を厚いコンクリートの壁で2つの部屋に区切られている。今回の会議では、KEKの放射線科学センターの佐波俊哉氏から、この新しいトンネル設計に対する放射線安全に関する解析結果も報告された。解析によれば、壁厚を3.5メートルにすれば、基準設計で採用された2トンネルと同様の安全性が担保されると言う。

また、NATM工法を採用することで大幅なコスト削減も期待できる。「TBMマシンは非常に高価で、これがTBM工法の最大のデメリットになっています。NATM工法で使う掘削機械は、TBMより安価であるため、同時に何台もの機械を使って掘り進めることが可能となります」と宮原氏は言う。

「また、先進導坑を掘る必要もなくなります。NATM工法では、掘削機は工事の最前線から少し下がった場所に配置されます。そのため、出水などの非常時にも、フレキシブルな対応を採ることが可能となるのです」と、宮原氏はNATM工法の利点を強調した。

「基準設計報告書の設計に比較して、10パーセント以上のコスト削減が可能となる検討結果を報告することができ、非常に満足しています」と、GDEのプロジェクトマネジャーである山本明氏は語った。これは、産業界と協力して行った検討としては世界で初めて試みとなるものだ。今後、欧米でも同様の検討・調査が行われる予定となっている。

[英文記事]

■特集記事

CERN Bulletinより：計画段階の測定器

（from CERN Bulletin: Detectors on the drawing board）

欧州合同原子核研究機関（CERN）内外のリニアコライダー測定器の開発者らは、次世代の測定器技術に取り組んでいる。高エネルギーリニアコライダー測定器の開発に焦点が当てられることは、同時にその革新的なコンセプトと設計が、次世代測定器のどんなものにも適用可能になるということだ。

新世代の測定器のうちのひとつのシミュレーションされたイベントディスプレイ。

 

「現在のところの、測定器技術の最先端は、大型ハドロンコライダー（LHC）実験で使われている技術になりますが、その設計や専門知識はすでに10年以上前のものだという事実は驚愕に値するかもしれません」と、Lucie Linssen氏は語る。Linssen氏は、CERNのリニアコライダー測定器（LCD）グループのプロジェクト・マネージャだ。「次世代の測定器は、LHC実験の業績を凌ぐものでなければなりません。これは、容易なことではありません。現在運転中の測定器を観測し、ここ10年間の技術の向上を取り入れることで、意味のある進展を果たしてきました」

LCDチームは、現在、コンパクトリニアコライダー（CLIC）実験用測定器の開発に取り組んでいる。「CLICのような電子-陽電子コライダーは、LHCよりかなり高い精度の測定器が必要です」とLucie氏は説明する。「この精度とその他CLICに特有の問題に対処するために、様々な技術を研究してきました。これらの多くは、これまでに行われてきたリニアコライダー研究から開発されたものですが、CLICのユニークな仕様パラメータに適応させる取組みを続けて来ました」。これらの研究成果は2台の測定器設計へとつながり、CLICの概念設計報告書の中で発表された。

一見すると、リニアコライダー実験はコンパクト・ミュオン・ソレノイド（CMS）実験のように思えるかもしれない。確かに良く似てはいるのだが、リニアコライダー向けには、測定器の効率と精度を改善するために、下記のようないくつかの新しい要素を取り入れている。

- より精密なバーテックス測定器：リニアコライダー測定器設計の中心にあるピクセル測定器は、最高40倍多の読み出しチャネル数と非常小さなピクセルサイズ（およそ20×20μm2CMSは100×150μm2）を持つ。

- 粒子フロー分析：この技術は個々の粒子（ジェット内の粒子を含む）から最大の情報を得るため、測定器の様々な部分から得られる情報を統合する。この技術を十分に活用するために、リニアコライダー実験は、超微粒度のカロリメータの開発を行っている。

- タングステン・カロリメータ：CLICの衝突エネルギーは、最高3TeVと非常に大きいため、エネルギー・リークを避けるために、カロリメータ設計は、深くかつ高密度である必要がある。これを達成すべく、通常使われる鋼の代わりに、タングステン製のアブソーバーを用いるハドロンカロリメータを設計した。タングステンは非常に高密度であるため、測定器のサイズを巨大化することなく、必要な密度を提供可能だ。CLICのタングステン・カロリメータについてはこちら。

超微粒度のカロリメータを使うと、ジェット内の粒子を認識することができる。

LCDチームは、CLIC測定器を使った新しい物理事象の発見と精密物理学の可能性を研究するため、6つの物理学分析を行った。これらの分析は物理イベントのシミュレーション図とバックグラウンドイベントのシミュレーション図を重ね合わせ、電子-陽電子衝突が起きた時の環境作って行われたものだ。これらのデータは、現実的な読み出しを行うために、測定器のコンピュータモデルへと送信された。最後に、非常に特殊なソフトウェアを用いて、物理信号が、測定器読み出しから抽出されたのである。

入力した物理イベントと、抽出された物理信号を比較することで、それが基礎粒子、あるいは複合粒子であるかどうかに関係なく、たとえば、ヒッグス粒子の特性を計算したり、研究したりすることができる。LCDの分析によると、ヒッグス複合スケールへの感度がLHCで可能なものよりもかなり優れていることがわかった。

「今後も測定器技術の開発を続けて行く必要がありますが、分析によってこの測定器コンセプトが実現可能なものであることがわかりました」と、Lucie氏。「このコンセプトは実現可能なだけではありません。これまで理論上の存在でしかなかった相互作用をこれまでにない高いレベルで示すことができました」

最終的に作られる測定器がどのようなものになろうと、その設計にはこれらのリニアコライダーコンセプトが取り入れられることだろう。

[英文記事]

■ディレクターズ・コーナー

グラナダで考えたこと－部屋の裏からの眺め

（Thoughts from Granada – a view from the back of the room）

今週のディレクターズ・コーナーは、GDE米州地域ディレクター、Mike Harrison氏の担当。

Mike Harrison | 27 October 2011

LCWS11でGDE役員会に呼びかけるMike Harrison氏。画像：GDE

最近、スペインのグラナダで開催されたリニアコライダー・ワークショップ2011（LCWS11）会議で明らかだった事実のひとつは、リニアコライダー研究者グループの統合が進み、意識の共有が進展してきたことだ。グラナダの会議は、CLICとILCの合同ワークショップとしては、昨年CERNで開催された会議に続く、第2回目となる。ILCとCLICコミュニティは、ここまで2年以上、合同技術ワーキンググループを開催している。今回の会議の全体会議と並列セッションを見れば、両グループが、その能力や直面している問題についての相互認識がかなり進んでいることが伺えるだろう。両プログラムともに、技術に関する詳細な報告を行った。初日の総会では、Rolf Heuer CERN所長が、最新のLHCのニュースに加え、高エネルギー物理学研究者グループ全体の統合に向けた力強いメッセージを届け、世界的なリニアコライダー・プログラムへの更なるサポートについて発言した。この協調強化という観点は、将来加速器国際委員会議長の鈴木厚人氏からも繰り返し強調された。鈴木氏は、リニアコライダー・プロジェクトの実現に向けた具体的な方法について述べた。

技術セッションで最も印象的だったことは、超伝導高周波（SRF）空洞プログラムの最近の進捗であった。性能を制限する原因の解明が進み、空洞高加速勾配の性能歩留まりは劇的に改善されている。空洞の診断、製造行程のコントロール、製造過程または事後に生じた欠陥の補正に関する知見が蓄積され、技術が向上している。ハイレベルRF系が、ある程度の加速勾配の幅を持つ空洞に対処できることを考えると、100%の性能歩留まりも可能かも知れない。2007年にR&Dプログラムを開始した頃には、「1メートルにつき35メガボルト(35Mv/m)」の加速勾配は、いささか無理のある目標設定だと考えられていた。今となっては、それは保守的にも思えるほどだ。ILC SRFプログラムは世界的なR&Dの最優先事項のうちのひとつであり、このレベルまで達することができたことに非常に満足している。SRFは世界的に、基本的加速器技術としての地位を確立しており、順調に予算も投入されることだろう。ILCプログラムがこれらの活動の最前線にあり、良く計画された国際共同研究の力を実証し続けているといっても過言ではないだろう。並列セッションのJim Kerby氏を引用すれば「過去2年は注目に値した」ということになるだろう。

技術設計報告書（TDR）の準備作業中であることもあり、今回のワークショップ会期中には設計の統合に関する多くの作業が行われた。一般施設とサイト検討（CFS）グループは、大部分のシステム・グループとともに合同会議を開催し、ベースラインを固めた。このステップは、私たちがTDR発表時に成熟したプロジェクト設計を示すことが可能となる証拠になろう。

活気ある雰囲気のなか進められた晩餐会。画像：Perrine Royole-Degieux氏

今回のワークショップの開催期間中の「部屋の隅の象(誰もが解っているのに話題にするのを避ける問題)」は、相変わらずCERNのLHCの結果であった。加速器と測定器は、順調に運転している。3インバース・フェムトバーンを超えるルミノシティに達し、そのほとんどが分析されている。標準理論を越えたヒッグス粒子、あるいは物理学の兆候が見られれば、リニアコライダーの建設は意義あるものであり続け、次世代の実験に必要なエネルギーとルミノシティスケールも明瞭である。しかし、現時点で、これらの物理学は明らかになっておらず、次のリニアコライダーにどんなマシンパラメータを採用すべきか、も不透明なままだ。この状況は、2012年末までに、何らかの結果がでるかもしれないが、明確な結果は2015年に14TeVで運転を行うまで解らないかもしれない。適切な設計エネルギーが明らかになるまで、TDR以降、SRF技術開発を続けるとともに、コストパフォーマンスに特に力を入れて、様々なエネルギーに対処できるようILC R&Dプログラムを継続して行くことが正しい方向性であろう。

政治的に見ると、今後重要となるイベントは、2013年前半に発表される欧州戦略だ。これは欧州連合高エネルギー物理学プログラムの5ヵ年計画であり、それ自体、全分野に大きな影響を及ぼすものだ。Brian Foster氏とSteinar Stapnes氏は全体会議セッションで、欧州戦略の決定プロセスついて報告した。全リニアコライダー研究者グループからの政策方針書が提出され、研究グループによって検討が行われる。これらの検討は、2012年末までに行われることになっており、これはGDEのミッションが終わる時期と平行している。前途は不確かだが、将来は、依然として面白いままである。

ワークショップのハイライトのひとつは、間違いなく、アルハンブラ宮殿の見学であった。この素晴らしい古代遺物は、過去に存在していた人々と、彼らが成し遂げ、後世に残した価値を提示している。これは人間の飽くなき追求欲を表しているのだろう。時代とともに技術は進歩した。しかし、私は、物理学の分野で、アルハンブラ宮殿を造った人たちと同じ気持ちを共有しているのではないか、と感じた。訪問後、私はCFSグループのVic Kuchler氏とJohn Osborne氏がメモを共有しているのに気がついた。ILC実験ホールも、歴史的な建造物になると思いたい。

■ブログライン

24 October 2011
Frank Simon
Breathe

22 October 2011
Frank Simon
The CLIC Physics and Detectors CDR

■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
今後のスクール

■ニュース記事

  • from Science 2.0
    23 October 2011
  • 6つのハドロン・ジェットと大量の行方不明の横のエネルギーを含んだイベントが選択された。これは、超対称性粒子の崩壊から起きる兆候だ。しかし、もし、超対称性粒子が存在し、その質量が非常に小さい、という前提ではあるが。
  • CMS実験から得られたデータは、３ビットバイト（超対称性と呼ばれている理論の証拠と解釈されることができた結果）でつくられているレプトンとして知られる粒子がかなり過剰であることを示している。

■スライドショー

Jean-Pierre Delahaye氏、引退

（Jean-Pierre Delahaye retires）

画像: Erk Jensen氏、Perrine Royole-Degieux氏

今月始め、Jean-Pierre Delahaye氏はCERNのCLIC研究リーダーを引退した。彼に敬意を表したレセプションがCERNで行われた。

投稿情報: 2011/12/07 カテゴリー: ILC NewsLine |

2011/12/04

ILC NewsLine 2011年10月20日号

ILC NewsLine 2011年10月20日号[英文記事]

■特集記事

テラ・スケールを超えて

（Onward and upward into the terascale）

Leah Hesla | 20 October 2011

国際リニアコライダーの技術設計は完成間近だが、それは条件つきだ。大型ハドロンコライダー（LHC）の結果から、ILCが対応できるものより高いエネルギー領域の研究が必要ということになれば、1テラ電子ボルト（1TeV）の加速器設計を検討しなければならない。

今後数ヵ月で、現在の500ギガ電子ボルト（GeV）の技術設計エネルギーを二倍にアップグレードする、1TeV ILCの予備調査が完了する。可能性のあるアップグレードの概略を事前に開発し、研究者は現在、より高いエネルギー加速器要素の概念的定義を進めている。


1TeVアップグレードのストローマンビームパラメータ
「これまでは、500GeVの加速器を設計することに集中して来ました」と、国際共同設計チーム（GDE）プロジェクト・マネージャー、Nicholas Walker氏は語った。「それと同時に、基準設計報告書の編集時点で行ったよりも多くの１TeVアップグレードに関する作業を行う必要があります」と、2007年に発表された文書に触れた。
アップグレード仕様パラメータは、1メートルにつき45メガボルト（MV/m）の目標加速勾配、300メガワット（MW）の電力消費量制限に基づいた加速器運転仕様となっている。これらのストローマン仕様パラメータを基盤として、LHCの結果、コスト研究、技術見直しを指針に、ILC技術設計報告書（TDR）に向け、開発が続けられる。

 

最大の問題は、1テラ電子ボルトの直線加速器の衝突エネルギーに適した加速器技術の開発だ。
ILC研究者の焦点は、500GeV加速器の31.5MV/mの仕様の1.5倍の45MV/m空洞加速勾配の超伝導加速空洞の開発だ。この高い加速勾配をもつ空洞は、ILC初期の500GeV運転中に開発されると想定される。もしアップグレードされることになれば、加速器運転にすでに使用しているものに追加されることになる。

「直線加速器技術は、例えて言えば王冠の宝石にあたります」と、Walker氏。「ハイテク要素でもあり、コスト推進要因でもあります。いつでも、最高水準の技術を使用しなければならないと考えています」
研究者はまた、ビームが加速される際の電力損失を削減するために、より高いQ値の達成も追求している。Q値を高くすることが出来れば、ビーム・エネルギーを上げても、電力を節約することができるようになる。

 

加速器の運転には、300MWの電力消費量上限を設定している。そのため、ILC研究者は、さらなる電力を使うこと無く、より高いルミノシティを実現するための異なる方法を見つけなければならない。

 

「私たちは、より環境にやさしくしようとしているのです」と、Walker氏。

 

より環境にやさしい加速器、よりルミノシティの高いビーム実現のためには、正しいビーム構造を見つけることが必要だ。つまり、バンチ放電頻度を減らし、シンクロトロン輻射を抑え、ビームサイズをしぼることが重要となる。研究者は、ストローマンベースラインの制限に基づき、ビームの加工パラメータを決定している。この仕様パラメータは、測定器研究者グループの詳細なベースライン設計のためのシミュレーションにもおいても使われる。

1TeVアップグレードのライナック建設計画

 

「LHCの結果は教科書を書き直すことになるかもしれません。そのため、LHCから出てくる結果が何であれ、対応しなければなりません」と、Walker 氏。ILC研究者は、2003年にGDEのミッションが開始したときからこの事実は認識していたが「アップグレード可能な500GeV加速器」としてスタートすることになっているILCを1TeVカソクキにするための設計を追求し続けている。このアップグレードに向けた仕様パラメータは、報告書の１章分 に値するほど具体的なものとなるだろう。

早ければ2012年にはLHCから重要な結果が出てくる見込みが高いと考えられており、設計すべき加速器の重心系エネルギーは500GeVより低いかもしれないし、500GeVより高いかもしれない。この1TeV設計の研究は、アップグレードに向けた1セットのパラメータを準備することに加え、異なるエネルギーの加速器設計を研究することにもなる。これらの研究は、TDR発行以降に続けられることになるであろう。

対照的に、1TeVアップグレード計画に特有となる他の要素は長く研究されて来たもので、最小のコストで、500GeV加速器建設の際に組込まれている。ビーム収束系では、より長い偏向電磁石の据え付けにより、増加したビーム・エネルギーの処理をする余地がある。現在のビームダンプは最高18メガワットの電力を取り扱うことができ、これは1TeVビームには十分だ。

エネルギーを二倍にするということは、約20キロメートルの直線加速器が現在の設計に加わることを意味する。

他の技術構造は、ほぼ同じままだ。改良のための準備がなされるけれども、ダンピングリング、陽電子源、電子源、入射は1TeV設計でも、基本的に変わらない。

ほとんどの研究者は、理にかなった環境、科学的制限、コスト制限の範囲内で1TeV加速器を設計することができると楽観的だ。
「多くのR&Dが推進されており、満足しています」と、Walker氏。最終的にTDRが発行された後に、1TeV設計の実現と、それに付随する技術的挑戦の存在が研究者のモチベーションを維持し続けるだろう。「ILC技術のR&Dは、止まらないのです」

 

■リサーチ･ディレクターズ･レポート

グラナダで開催のLCWS11の間の進捗

（Progress made during LCWS11 in Granada）

Sakue Yamada | 20 October 2011

LCWS11で講演する山田作衛氏。画像：Perrine Royole-Degieux氏

 

9月26日～30日にスペインのグラナダで開催されたLCWS11は、昨年、ジュネーブで開かれたワークショップに続いて二度目となる、ILCとCLICの共同開催によるものであった。ILC物理と測定器活動に関して言えば、進展があり、詳細ベースライン設計報告（DBD）の完了にむけていくつかのステップが踏まれた。この会議期間中、様々なタイプの議論があった。今回は測定器グループを越えた幅広い研究者グループとの協調を必要としたいくつかの議論について紹介したい。

まず、標準理論の予言するヒッグス粒子が存在可能性のある質量の範囲がさらに狭まったとするＬＨＣからの新たな結果を踏まえ、これに基づいて想定される物理学の可能性が議論された。理論家は、これまで行われて来た標準理論の枠内での総合解析結果にさらに自信を深めているようだ。LHCの観測結果と合致しているからだ。ヒッグス粒子の重要性については、様々な観点から繰り返し強調された。たとえば、ILC運営委員会委員長のJon Bagger氏は、会議最終日に行った素粒子物理学の将来の見込みに関する総括講演の中で「ヒッグス粒子は、クォークでも、レプトンでも、ゲージ粒子でもありません。ヒッグス粒子は宇宙を満たす、基本的なスピン-ゼロのボース粒子で、まさしく初期宇宙に見られた粒子ですが、それ以来現れていないものです」。LHCでヒッグス候補粒子が見つかったら、私たちはそれが本当にヒッグス粒子であるかどうかを確かめるために、詳細に調べる必要がある。その確固たる確認は、素粒子物理学の歴史に残る出来事となるもので、リニアコライダーはそのための理想的な施設となる。逆に、標準理論ヒッグスが除外されることになれば、欧州合同原子核研究機関（CERN）所長のRolf Heuer氏も強調したように「それも、大きな発見」なのである。標準理論で予言されるヒッグス粒子が存在しない、ということになると、これは長年の検証実験の末の、はじめての標準理論の予測からの明らかなズレとなる。これは、とてもチャレンジングな新たな問題である。全ての理論研究は再検討を迫られ、新しい理論が提案されることになる。また、どうしてこのような矛盾が生じているかを確認するために、非常に正確な新しいデータが必要となる。2012年末までに、LHCがどちらが本当か結論を出してくれるものと期待されている。

 

これらの物理学見通しを議論するため、初日にパネル・ディスカッションが行われ、参加者間で盛んに意見交換が行われた。このセッションは、物理共通作業グループの世話人であるMichael Peskin氏が企画したものだ。Peskin氏は、詳細ベースライン設計の物理に関するチャプターの準備グループリーダーでもある。これはグループの最初の公開討論であり、LHCのデータが精度を上げるのに沿って、その帰結の研究が続けられる。

 

次に、国際測定器諮問委員会（IDAG）について紹介しよう。IDAGは数ヶ月前、米ユージン市で行われたリニアコライダー物理学グループ（ALCPG11）のワークショップにおいて、2つの測定器グループと会談し、各グループの現状とDBDに向けた計画についてヒアリングを行った。IDAGは、今回、両グループの計画がさらに綿密に詰められたことを確認した。また、このインタビューが、各測定器グループが自身のDBDの計画と戦略を精査することに役立ったことは明らかである。

 

私たちは、IDAGからDBDの準備について更なるアドバイスをもらえることを望んでいる。DBDの完了前に2回、会合の機会があるため（来春、韓国で開催される、アジア地域次世代加速器推進委員会（ACFA）リニアコライダー・ワークショップと、2012年10月に米アーリントンで開かれるLCWS12）IDAGによる進歩状況に関する具体的なモニター計画を立案した。各測定器グループは、2012年2月末までにDBDの概略を、そして2012年9月までに、DBDの初校を提出する予定だ。この計画では、IDAGが十分に資料を検討したうえで、具体的な提案を各グループに提示できるようになっている。
LCWS11でSiD測定器会議中に講演をするAndy White氏。画像：山田作衛氏

 

また、Marcel Demarteau氏（測定器R&D共通作業グループのまとめ役）がIDAGに対して、ILC測定器R&Dスピンオフ事例のグループの調査結果について報告した。これらの調査を行うことは、前回のヒアリングの際にIDAGがこの共通作業グループに対して提言したことで、グループは多大な努力をはらって調査を行って来た。詳細報な告文書はほぼ確定間近であり、まもなくネットで公開される予定だ。

 

第三点として、今回のワークショップが、CLICチームとの協力を強化するために、2つの測定器グループとCLIC研究者とが、今後協力可能なテーマについて対話を行うのにタイムリーだったことを挙げたい。と言うのは、CLIC研究者は最近、概念設計報告書を完成させたからである。私は、両グループから、1TeVベンチマーク・シミュレーションの共同研究グループで、特に有意義な論議が行われたと報告を受けている。

 

最後に、1TeVのベンチマーク・シミュレーションに使われるビームパラメータについて、加速器研究者グループと共に結論を出したことだ。ビームパラメータをテーマとした共同会議セッションは成功裏に終了した。この件についても引き続き検討を行っているSB2009ワーキンググループは、このセッションに備えるために、必要な研究を行ってきた。本セッション中に、バックグラウンドの放出角度の広がりを減少させる新たなバンチ形が提案された。私たちはコンセンサス達することができた。このコンセンサスに基づいたパラメータセットを用いて、若干の技術チェックが行われた後すぐにでも、イベント生成が始まることを望んでいる。今回の会議での成果と、CLIC研究者との協力強化によって、本格的な1TeVベンチマークのシミュレーションが始まろうとしている。
■ディレクターズ･コーナー

ILCの測定器R&Dを支援する、JSPS

（Japan Society for Promotion of Science supports ILC detector R&D）

Barry Barish | 20 October 2011

JSPS。画像：JSPS会報

 

（独）日本学術振興会（JSPS）はILC測定器R&Dに対して、新たに5年間の予算を拠出した。この新しい助成金によるプログラムのキックオフ会議が、9月12-14日に東北大学（宮城県　仙台市）で開催された。新プログラムは特別推進研究「 ILC のための最先端測定器の国際的進展開」と呼ばれるものだ。この研究は、ILCに必要とされる主要な先進粒子検出器技術の重要なR&Dを中心に進められるが、他分野の科学や技術、医療分野への幅広い波及効果が期待される。

 

JSPSは、1932年、昭和天皇の寄付による公益法人として設立された。1967年に文部省、そして、現在は文部科学省（MEXT）の下の準政府組織となった。JSPSは、研究補助金、研究者育成と国際交換など、科学研究と協調を進める広範囲にわたる計画を実施することにより、日本の科学振興に資することを目的としている。JSPSは、日本唯一の独立した資金配分機関として、日本の学術振興を促進する。JSPSはそのミッションとして「若い研究者を養育すること、国際的な科学協調を進めること、科学研究に対して国庫補助を授与すること、産学間の科学協調を支援すること、科学研究活動に関する情報を収集し、配信すること」を挙げている。

 

日本におけるILC測定器R&Dはこれまで、研究者個人に対して拠出される補助金（科学研究費）で支えられてきた。今回は、間接費や人件費などの資金として、5年間で5.6億円が支給される。この種の補助金としては、これまでより約40パーセント増額された。

 

JSPSキックオフ・ワークショップの開会講演をする東北大学の山本均氏


JSPSからの補助金で推進される研究活動には、高速、低電力そして放射線ハードバーテックス測定器、タイムプロジェクションチェンバ飛跡検出のためのエンドプレート、熱量測定のためのシリコン・パッド/シンチレータ・ハイブリッド・システム、LHCの結果によって導かれる物理研究、データ解析において使うグリッドコンピューティング活動の拡大など、中心的ILC測定器技術が含まれている。東北大学で開かれたワークショップでは、先端の測定器技術を検討し、新しいプログラムの基本的な目標が列挙された。

 

このキックオフ会議は、東日本大震災のちょうど6ヵ月後に開催された。復興の様子は、実に印象的である。仙台は、仙台空港の洪水被害など、地震から生じた津波による大きな影響を受けた。現在、空港は元通り再開しており、大部分のサービスが正常に戻っている。

 

会議の目玉は、仙台から遠くない北上山脈にある日本の２か所のILC建設候補地のうちの1箇所へ、ワークショップ参加者が訪問したことだ。もうひとつの候補地は九州の脊振山脈にある。両候補地ともに、地元の産業界、大学、自治体から強い支援を受けている。また、岩手県は、ILCを地震復興プログラムの柱にすることを提案している。

 

ILC測定器R&DへのJSPSの科学研究費助成は、世界のILC研究者グループに非常に喜ばれている。この研究から得られる結果は、重要なILC測定器開発活動を押し進めることに役立つと同時に、粒子検出技術の他分野の科学研究や、産業界・医療分野での実運用に、大きな影響を及ぼすだろう。キックオフ・ミーティングに参加できて幸甚である。

■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ

今後のスクール

■ニュース記事

  • from New Scientist
    19 October 2011
    スピード違反のニュートリノに関する論文は発行が受け入れられ、実験からの最初の予備結果が公開された。
  • from Hamburger Abendblatt
    18 October 2011
    In dieser weltweit größten Anlage sollen in Zukunft zwei je 15 Kilometer lange Teilchenkanonen Elektronen und Positronen aufeinanderfeuern und eine große Anzahl neuer, bisher unbekannter Teilchen freisetzen.
  • from Science 2.0
    18 October 2011
    グランサッソ研究所での別のニュートリノ実験である「ICARUS」による非常に単純ではあるが、信頼性の高い調査の発表によって、超光速ニュートリノは、今日、劇的な展開を見せた。ICARUSは、2010年から、CERNから発射されたニュートリノを観測しているのだ。
  • from Interactions
    18 October 2011
  • LAGUNA（Large Apparatus for Grand Unification and Neutrino Astrophysics）の主要な目標は、次世代の、超大型の、地下深部ニュートリノ天文台のホストに向けた新しい汎ヨーロッパの研究基盤の実現可能性を評価することだ。
  • from symmetry breaking
    12 October 2011
    Oddone氏他は、サウスダコタにある地下深部鉱山、という理想的な環境を利用する「長基線ニュートリノ 振動実験 （LBNE）」を進めることで、米国がニュートリノ研究における主導権を握ることができると強調した。
■プレプリント
arxiv preprints
  • Four-jet final state in same-sign lepton colliders and neutrinoless double beta decay mechanisms

■今週のイメージ

HERAの新しい同居人

（A new lodger at HERA）

画像: DESY

ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の光学検査システムOBACHTは、HERA加速器の前実験ホールのうちの1つで、表面下、およそ25メートルの新しい研究室へと移った。
OBACHTとHERA、仲良くしてね！

 

投稿情報: 2011/12/04 カテゴリー: ILC NewsLine |

2011/11/27

ILC NewsLine 2011年10月13日号

ILC NewsLine 2011年10月13日号 [英文記事]

■ディレクターズ・コーナー

TDR以降のGDE立場表明書

（GDE position paper on post-TDR）

Barry Barish | 13 October 2011

GDE委任終了後のリニアコライダー・プログラムのスケジュール案

国際共同設計チーム（GDE）は、技術設計報告書（TDR）を刊行すると、その委任業務として課された提出物全てを完了させたことになる。TDRの提出は2012年末を予定しており、TDRへの必要な改訂やレビュー、承認などのプロセスまで含めても、2013年中頃までには任務を完遂できるだろう。先週、このコラムで大型ハドロンコライダー（LHC）の結果に関し議論したように、政府に対して本格的にリニアコライダーを提案するには時期尚早だと思われる。したがって、TDR完了後に我々は何をすべきか、が問題となってくる。


国際リニアコライダー運営委員会（ILCSC）（議長：Jon Bagger氏）は、TDR以降のリニアコライダー計画の立案を主導している。TDR以降の計画は、8月にインドのムンバイで開かれたレプトン・フォトン2011会議の時に開催された前回ILCSC会合の中心テーマであった。

計画立案プロセスへの情報提供として、GDE役員会はポジションペーパー（立場表明書）を作成した。この文書では、GDEの後継となる組織の在り方やILC計画を推進し続けるためのR&Dプログラムの目標についての検討結果と、今後も維持すべきGDEの優位点や、改善すべき項目を記した。ILCSCが今後の計画を発表したら、本コラムでも報告したいと考えている。現時点では、GDEのようなサブタスクグループが新組織構造の一部となることについて、関係者は同意していると言って良いだろう。また、そのサブタスクグループは、主要なGDEメンバーから構成されることになるであろう。

以下、GDEポジションペーパーの全文を示す。

2011年8月24日

To: ILCSC議長、John Bagger様

From: GDE役員会 Barry Barish 

Subject: 2012年以降のILC研究推進を行う組織に関するポジションペーパー

2012年のTDR発行に伴い、ILC計画は、重心系エネルギー・500GeVのリニアコライダー建設の準備に向けて、工業設計とプロジェクト準備作業への移行準備が整うことになる。提示される設計は、低エネルギー領域における物理研究に必要な条件を満たすことができるが、本報告書にはILCをコスト効率の高い方法でエネルギーを1TeVまでアップグレードするオプションも提示される。さらに、最新の算出コスト情報とプロジェクト実現に向けた計画についての検討結果も提示する予定だ。

ILC実現の次ステップは、LHCの結果に基づき、世界的な高エネルギー物理学研究者グループが、ILC建設の必要性を提言することである。順調に稼働しているLHCの成果は励みになるが、提案書の準備や、政府のアクションを待つなど、まだ時間がかかる。この期間中、国際的ILC GDEの加速器技術研究チームは、物理研究者グループと協力してプロジェクトの開発を続ける必要がある。GDEはこのような移行期間が3年間になると提案し、その間にILCが進むべき方向性を明確にしなければならないと考えている。

この移行期間は数年間続くと考えられるが、ILCの加速器技術R&Dは継続されるだろう。CLICとの共同研究も継続し、共通する項目については強化される必要があるだろう。これまでと同様に、ILC R&Dは重要な技術的あるいは設計に関する共通部分を持つプロジェクト、例えば、欧州XFEL、スーパーBファクトリー、プロジェクトX、米ジェファーソン研究所（JLab）、SNSアップグレード等に対して、有益なプロジェクトであり続ける。ILCプロジェクトチームは、それらの新プロジェクトの開発グループとの協力を継続していく。これらの活動では、我々の研究も新プロジェクトからの成果や新しい知見を確実に利用し、必要に応じてそれらをILC設計に適応させる。

これらを全て考慮して定めた、2012年以降の2つの主任務は以下の通りである

1) 加速器設計・統合（物理と測定器グループとともに実施）

加速器設計・統合チームの任務は、加速器設計をさらに開発することであり、以下の項目を含む。a)新たな研究開発の結果を取り入れるb)他のエネルギーでの運転のためのオプション開発c)特定の建設サイト選定の分析
当チームの目的のひとつは、広範囲のエネルギーとルミノシティにわたって運転できる、コストおよび電力消費量を最適化したリニアコライダーの設計（1TeVに向けたアップグレードの設計と計画なども含む）の評価・立案を行うことだ。そして、土木工事活動の共同研究者と連携して、サイトに関する研究を進め、各サイト特有の設計を開発することも含まれる。さらに、ガンマ-ガンマ衝突やギガZオプションの研究も含まれる可能性もある。

2) 性能を改善し、SCRFシステムのコストを削減するR&Dの調整

R&D調整活動では、SRF直線加速器試験設備を配備して、コスト・リスク要素を低減することを目的にバリュー・エンジニアリングを行うとともに、1TeVまでのエネルギーアップグレードを実現するために高加速勾配達成にむけた研究開発を続行する。ILC SRFチームは、技術設計フェーズに開始した工業化研究を引き続き実施する。TDRの完成に向け実施されているこの活動については、今後世界の3領域で主線形加速器要素を分担して製造するために、世界的に調整を続ける。
上記1）と2）の活動を調整し、GDEの重要な機能の一部は、維持される必要がある。これには以下の項目が含まれる。
  • ILC加速器設計とR&Dプログラムの主要領域で開発された「コアコンピタンス（中核となる能力）」を維持すること。ILCの「生きた」設計を維持・更新し、プログラムを前進させるために、中核となる研究者・技術者が、活発に関与し続けることは非常に重要なことである。
  • ILCディレクターは、進行中の活動に関する知識やリーダーシップを発揮し、世界に向けてILCプログラムに対する関心を発信するために、次フェーズにおいても重要な存在である。加速器と測定器プログラムのそれぞれにディレクターを必要とするかどうかについては、今後2つの活動がいかに統合されて行くかによって決定されるべきだろう。
  • GDE地域ディレクターに相当する人材も必要だろう。GDEでは地域ディレクターの役割は3領域でそれぞれ異なっていたが、今後ILCが世界的プロジェクトへと進展していくことが予測される今、この調整的な役割は強化される必要がある。それらの任務は領域によって異なると思われるが、地域的な予算の調整や、各研究所のプライオリティとILC活動のプライオリティを勘案したプログラム調整、地域的な会議や、担当地域で主催される国際会議の企画等が含まれる。
  • 上記の進行中の技術的プログラムを調整し、世界的なプライオリティに従って、各地で分散して行われている活動の一貫性を維持するために、プロジェクト・マネジャーあるいはその機能に相当する人材が必要である。
  • GDEマネジメントは、ILC設計とR&D活動の効果的な主導、技術的な決定の実行、世界中で共有するプライオリティの設定に関する機能を果たし、その結果、統一された世界的活動・設計を実現した。この機能が、世界的なILCプロジェクトでも維持されることが重要である。
  • GDEマネジメントは、研究所や国家プログラムのプライオリティから一定の独自性を保ちつつ、ス　ケジュールを遵守し、ILCプログラムを進展させるための研究開発活動を体系化してきた。適切なレベルの研究所の独自性は、プログラムの前進を担保するためにも維持されるべきである。
  • 小規模のGDE共有資金は、コスト算出、電子データベース構築、出版や広報活動等に、また、各国で生ずる予算問題の軽減や、国際的委員会の開催等に柔軟に対応するために有効であった。GDEの現在の共有資金のレベルは、最大1M$/年である。次期のILC活動を推進する組織がどんなものになるのか、どのような構造になるのかは未定であるが、それらが決定されるまでの暫定機関中は、共有資金を現状レベルで維持することが妥当であろう。

過去5年間にわたるGDEの組織運営において、将来の組織において改善可能と思われる点がいくつか明らかになった。これらは以下を含む。

  •  GDEは「仮想」組織である。これは、世界中に分散している研究者の専門知識を活用するためには必須であるが、一方で、一定の非効率性を呈した。これまでの国際協力の経験を活かして、この非効率を最小にすることを主眼に、組織作りを検討することが可能かもしれない。しかし、暫定期間にホスト研究所を設立するのは時期尚早であり、ILCの建設開始が近づいてから設立されることが望ましいと考えている。また、2012年以降のマネジメントが、その国際的な責務遂行のために、ホスト研究所のプライオリティから十分な自立性を保つことが出来るかどうかについて懸念している。
  • ILCの測定器／物理に関する設計、R&D活動と、加速器の設計、R&D活動は別組織の活動として進められて来た。コミュニケーションの改善や合同会議の開催など、統合に向け様々な取組みを行って来たが、常に問題を引き起こして来た。これらの活動は、一定のレベルにおいて統合される必要がある。
  • ILCプログラムとCLICプログラムがそれぞれ独自に活動して来たことも問題であり、活動の重複の要因となった（これは改良されつつあるが）。次フェーズにおいては、両プログラムが独自に活動し続けることは、比較を難しくもする。これらの活動の協力関係をさらに深めるためことが、リニアコライダー実現に向けた世界的活動に有用だと思われる。
  • 概して、欧州合同原子核研究機関（CERN）からのILC/GDE活動に対するリソース提供が欠如していたことは困難を引き起こした。特に専門知識や経験が必要な部分では顕著であった。また、このことは、ILCに対する欧州の貢献を妨げることにもつながった。リニアコライダーという名の下、CLICとILC活動の統合をさらに進めることは、この点において非常に役立つが、CERNからの支援は、特定のILC技術領域や実施研究においても重要である。移行期間におけるCERNの積極的参加は、欧州のILC活動への継続的参加を。
  • 技術活動を管理し、調整する際に、GDEは、重要なR&Dプログラムでさえ高エネルギー研究所との非公式の協定に頼ってきた。次の期間により正式なワークパッケージ・システムに近づくと、セッティングを容易にし、プライオリティーを維持し、重大なスケジュールに対処するだろう。

GDEの最終成果物はTDRである。そして、私たちはそれを2012年末に完成させる予定である。チームは、2つの主な理由のためにその後の期間を通して依然として有効である必要がある：1）コスト・レビューと同様に、技術設計の独立した（そして、おそらく機関）レビューのために、TDR設計を示し、ローカル・コスト算出システムに翻訳を促進する。これらのレビューの後、GDEはTDRを確定させる必要がある;そして、2）新しい組織が設立され、プログラムの制御を装うことができる間新しい臨時のILC組織の妥当な重複期間は必要である。私たちは、移行が完了する前に、TDR提出後に6-12ヵ月必要だと考えている。

全体として、私たちは進行中で現実的な後続のILCプログラムが、減らされた資金と上記の機能性がある新しい組織で達成されることがありえると考えている。しかし、更新するのが非常に難しく、資金（特に技術資金）を増やさずに設計を改善し続ける。言い換えると、それはより、資金が、プロジェクトを建設準備ができている状況に動かすことを要求する。ILCに向けた機運を失わないために、2012年以降の組織がつくられ、TDRの提出後にできるだけ早く機能するようになることが重要である。
■世界の各地より

ニオブでできた大旅行家

(Globetrotters made of niobium)

国際的に開発された欧州XFELの加速器モジュール。

Ute Wilhelmsen (DESY) | 13 October 2011

ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の第28ビルは、多くの超伝導ILC型加速器モジュールが生まれた場所である。欧州XFEL加速器の建設と101台のモジュールの組立ては、国際的な活動であるため、DESYの研究者や技術者は、加速器モジュールの製造に関係する企業や研究所の人達を教育する巡回教育チームを結成した。8台のニオブ空洞のストリングをコールドマスと呼ばれる被冷却体に結合させる技術者。熱シールドが据え付けられた後、このハイテク機器はクライオモジュールに取り付けられる。画像：DESY

ハンブルグの欧州XFEL X線レーザーは、最新世代の加速器モジュールを使用する。これらのハイテク装置は、宇宙の温度くらいの極低温環境で超伝導技術を使用して運転されている。この概念は国際TESLA共同研究グループによって開発され、実用化されたものだ。そしてこの取組みは、DESYが主導した。

現在、欧州XFELの加速器総合ビルの建設中であり、参加機関と企業は101台のモジュールの連続生産を準備しており、モジュールの中には各8台のニオブ空洞が格納される。これらのハイテク・コンポーネントの製造と組立ては、とても複雑だ。後に、電子ビームが17.5のギガ電子ボルトの目標エネルギーまで、加速できることを確実とする、最高の精度と品質が要求される。

DESYは、欧州XFEL加速器の建設に参加する研究所の国際共同体の調整を行っている。DESYの専門家は、世界中のいろいろな製造サイトで加速器モジュールの製造を最適化すべく、知識を移転している。このように、すでに完成したモジュールのうちの1台は、最近、訓練用ユニットの一部として、仏原子力庁サクレーで再び組み立てられるために、完全に分解された。欧州XFELの全モジュールは、後にサクレーにて、組み立て、測定・調節が行われる。－基本の設計図が不十分であり、成功した技術移転を必要とする非常にややこしい問題である。

組み立て後、モジュールは特別に設置された加速器モジュールテスト施設（AMTF）のホールで、一連のテストを通過し、DESYへと輸送される。ここでは、連続生産された全ての加速器モジュールが、トンネルに設置される前に運転条件下でのチェックが行われる場所だ。ポーランドの専門家がこれらのテストに責任を持つ。これは欧州XFELに参加している共同研究者による、いわゆるインカインド・コントリビューションのひとつである。ここでも、DESYの蓄積した経験が、最初のモジュールテストの一部としても伝えられている。

全体として、異なる国から7つの研究所が加速器モジュールの製造に関与している。DESYの他、フランス原子力庁サクレー、LALオルセー、イタリア国立核物理研究所ミラノ、IPJ Swierk、CIEMATマドリード、BINPノボシビルスクなど。国際的な加速器共同体のうち、残り16か所の研究所は、残りの加速器部門に参加している。

モジュールが加速器トンネルの最終的な定位置に置かれるまでは、長い道のりだ。これは、オーストリア、中国、日本の製造業者により提供されたニオブ・シートから始まった。これらのシートから、ドイツのResearch Instruments in Bergisch-Gladbach 社、イタリアのZanon社が、空洞を製造する。2012年初夏から、研究所への発送が始まる予定であり、週当たり最大８台の空洞がDESYへと届けられる。モジュールの組み立てが行われるサクレーへと送られる前に、DESYで完全なテストが行われるのだ。外気から中空の冷気を保護する、巨大な魔法ビンの役割を果たす黄色のクライスタットはイタリア、中国で製造される。スペインからは四極マグネット、フランスからは高周波カップラー送られ、設置される。完成したモジュールは、AMTFホールでの試験を行うためDESYへと返送され、加速器トンネルでの最終的な据え付けに備える。

生産段階の間、週1台のペースでモジュールがトンネルに据え付けられる。そのため、加速器の全101台のモジュールを設置するには2年かかる。現在ハンブルグ-BahrenfeldとSchenefeldの間で起きていることは、「次世代の光」のみならず、欧州と国際的な協調の本当の典型的な例でもあるのだ。

■特集記事

2つのリニアコライダー研究のバランスを取るCERN

（CERN balances linear collider studies）

Leah Hesla | 13 October 2011

2011年リニアコライダーワークショップ（LCWS11）で講演する、Steinar Stapnes氏。画像：Perrine Royole-Degieux氏

国際リニアコライダー（ILC）とコンパクトリニアコライダー（CLIC）の2つの次世代のコライダー研究は、技術の違いを越えて、両研究グループが考えや情報を共有し、協力を着実に進めている。スイスのCERNでは主にCLIC研究が行われているが、最近CLIC研究のリーダーのポジションの名称を「コンセプトベースのリニアコライダー研究リーダー」へと変更した。

現在この職をつとめている研究者、Steinar Stapnes氏は、リニアコライダーをCERNの次世代加速器の現実的な選択肢にする活動に責任を負う。この次世代加速器にはCLICになるかもしれないしILCであるかもしれないのだ。「ILCへの関与の度合いは段階的に増加することになる。そして、私の役割が再定義されたことで良いスタートを切ることができた」とStapnes氏は語る。CERNではILCの研究開発で重要な発展をみせている、超伝導高周波（SRF）技術開発にはあまり関与していないが、合同のワーキンググループ、サイト研究、測定器と物理活動を通し、ILC関連研究の多くの面に参加している。

「今後一年程度にわたって、同じ土俵で議論することを可能にする新しいリニアコライダー組織ができることになります。これまでより深い議論が出来るでしょう」と、Stapnes氏は語った。今年末、CLIC研究グループは概念設計報告書を完成させる。2012年末には、ILCの技術設計報告書（TDR）が完了する。2012年以降のリニアコライダー研究者グループの体制については、現在議論が進められているところだ。

「短期的な意思決定には、CERNのTDRへの貢献が含まれています」と、Stapnes氏。

CERNはリニアコライダー研究に対して後ろ向きの姿勢をとっており、CLIC研究についても同じである。そのため、Stapnes氏は、CERNにおけるILC関連の研究をサポートするための解決策を模索するとともに、CLIC研究に総力をつぎ込んで来た100名に及ぶ研究者の努力を無駄にしないよう取り組んで来た。現在、その活動は次フェーズのCLICプロジェクト開発へと進展している。

まず、2つのプロジェクトワーキンググループは、CLICにおける技術的課題の洗い出しを行う予定だ。ILCとCLICの主要な相違点は加速技術（ILCは超伝導加速技術、CLICは常伝導か側技術）だが、これら抽出される技術的課題は、より深く研究を進めることで、ILC、CLICの両加速器の研究に役立てられるだろう。

「多くの場合『ILCとCLIC両方の使用パラメーターについて考えよ』と言うことが多い、とStapnes氏は語る。両プロジェクトに恩恵のある研究虜行きとしては、ダンピングリング、陽電子源、ビーム収束系、加速器測定器インターフェース、測定器、物理研究などがある。「実際には、どの部分でより緊密な共同研究を行うことができるか、合同の活動が役立てられる部分はどこか、グループが協力することが建設的に働く領域は何か、ケースバイケースで見ていかなければなりません」

ILCとCLIC共同研究グループが合同開催した2回目の会議が、今年、スペインのグラナダで開催された。

ILC、CLICの両プロジェクトに共通する技術的課題への挑戦することから恩恵を得るということが、CERNが短期的にILC設計に参加する対処可能な方法だと、Stapnes氏は言う。

しかし、TDRの前段階における2つの設計チームの完全統合は非現実的であり、CERNの当面のリニアコライダー・プログラムがめざすところではない。CLICは、CERNで確立したプロジェクトであり、現在CERNのリニアコライダー研究のほぼ全体を占めるものだ。Stapnes氏は、CERNのILC研究へのリソースは乏しいと認めている。さらに、CERNがSRF技術R&Dへ進出することは、常伝導を用いるコライダーのプライオリティーではなかった。今になってSRFプログラムを開始するには、CERNの他のプログラムからの資金を回さなければいけない。さらに、忘れてはいけないことは、LHCが依然CERNの最優先プロジェクトであり、LCHの運転と段階的なアップグレードには相当な資金が必要だ、ということだ。

「2016年までのCERNの計画では、人員の増加がありません。やり繰りするしかありません」と、Stapnes氏は語った。「しかし、この状況は変わる可能性は十分あります。LHCからの発見によって、次世代の加速器としてリニアコライダーがふさわしいことが明確になれば、より多くの予算が投入されるであろうことは想像に難くありません」

測定器研究の状況は、少し異なる。SiD（シリコン測定器）とILD（国際大型測定器）研究グループは、そもそもILC用の測定器を開発しているのだが、ここ2年間は、CLICの特殊なビーム構造とより高いエネルギーに対応するためにCLICバージョンの測定器設計に関わっている。この領域で、ILCとCLIC測定器に対する要求は基本的に異ならないため、当然のように協力がすすめられてきたのである。

「測定器研究では、非常に緊密な共同研究が行われており、CERNは測定器研究の多くの部分でILCのSiDとILDコンセプトに依存しています」と、Stapnes氏は語った。

加速器に関しては、今後3～5年にわたって、合同のワーキンググループは、ILCとCLICの両加速器研究に役立つよう研究の方向性を定めて行くことだろう。また、合同ワーキンググループの活動は、CERNの施設でクライオモジュールの組み立てを容易に行う方法の調査に役立った。これは両方の各SRFプログラムを底上げし、ILCの活動にも役立つだろう。

「CERNには多くの専門家がいるので、少しではありますが、重要な貢献をしています。CERNが世界的なリニアコライダー・プロジェクトの一員となり、最も効果的な貢献をする方策を探ることで、これまで以上に、ILC研究にも役立てるだろう」と、Stapnes氏は語る。「次世代リニアコライダー・プロジェクトの重要な役割を果たしたいというのがCERNの希望なのです」

「CERNまたはCERNを通じて欧州が、どのような参加方法になるのか、または、それがいつ実現するかにかかわらず、リニアコライダー・プロジェクトへの参加に興味を持っていることは明確なことです」
■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
今後のスクール
■ニュース記事
  • from TechNewsWorld
    10 October 2011
    世界最高の素粒子物理学者の中には、ヒッグス粒子が存在するかどうか証明する日は近づいており、12ヵ月以内には答えがでると考えているそうだ。
  • from Nature
    10 October 2011
    今後6年にわたり、ローマのTor Vergata大学のキャンパスに建設される粒子加速器「スーパーBファクトリー」が金曜日に公式に開始された。しかし、このプロジェクトは、不透明な予算と、日本のライバルプロジェクトとの競争という問題に直面している。
  • from International Business Times
    10 October 2011
    新たな「科学都市」が登場するかもしれない。新しい粒子コライダーで、国際リニアコライダーが建設する可能性があるのだ。
  • from swissinfo.ch
    6 October 2011
    「私たちはLHCが何かを発見したときに、準備ができているように、研究開発を進めています」と、Heuer氏がジャーナリストに語った。「ILCのエネルギー領域はCLICより限られていますが、技術の成熟度では勝っています」
  • from Brookhaven Today
    30 September 2011
    ちりのもやが、2000万ドルの加速器を復活させるのを助けるためにブルックヘブン研究所へと集まった、物理学者とエンジニアの頭上の宙に浮いた。これから、米イリノイ州フェルミ国立加速器研究所まで数百マイル輸送され、修理が行われる。

■プレプリント

arxiv preprints
  • The fully differential decay rate of a Higgs boson to bottom-quarks at NNLO in QCD
  • Development of Particle Flow Calorimetry
  • A conventional positron source for International Linear Collider
  • Hom and FP Coupler Design for the NLSF High Gradient SC Cavity

■今週のビデオ

 

ILCを議論するICFAリーダーら

（ICFA leaders discuss the ILC）

将来加速器国際委員会（ICFA）のジュネーブ・プレス・クラブの記者会見で、高エネルギー物理学の現状について議論する、CERN所長Rolf Heuer氏、Fermilab所長Pier Oddone氏、高エネルギー加速器研究機構（KEK）機構長、鈴木厚人氏。
 

研究所所長は、6'44にわたり直接語った。

 

 

 

 

 

投稿情報: 2011/11/27 カテゴリー: ILC NewsLine |

2011/10/24

ILC NewsLine 2011年10月6日号

ILC NewsLine 2011年10月6日号 [英文記事]

■ディレクターズ・コーナー

LHC-その性能と見込み

（The LHC performance and prospects）

Barry Barish | 6 October 2011

LHCのツインアパーチャ型主超伝導電磁石

先週、米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）のテバトロンが運用を停止し、高エネルギー物理学の最先端研究の中心は、米国からスイスの欧州合同原子核研究機関（CERN）の大型ハドロンコライダー（LHC）へと移った。歴史的に、エネルギーが高くなるたびに、素粒子物理学の新しい発見がなされて来たことから、LHCに大きな期待をかけている。LHCは現在1ビームにつき3.5テラ電子ボルト（TeV）で運転しており、最終的にはその2倍のエネルギーで運転する予定だ。加速器の運転は順調で、2012年末を予定している運転期間終了に向け、物理データ取得の真っ只中だ。私たちは、今回の運転から重要な科学結果が得られることを期待している。
LHCは、もともと高エネルギー電子-陽電子コライダー（LEP）が設置されていたトンネル内を使っている。LEPは素粒子物理学の標準理論を確認するための多くの精密データを提供した加速器だ。LHCは、絶対温度1.9度まで液体ヘリウムで冷却した、約8000台の超伝導電磁石から構成されている。長さ14.3メートルの1232台の双極電磁石は、最高8.4テスラで運転できる。それらは、ツインアパーチャモデル双極子磁石と呼ばれるもので、陽子を対向するかたちで循環させ、衝突させることが出来る。電磁石システムに貯蔵されるエネルギーは、およそ10ギガ・ジュールである。なお、テバトロンで衝突させた粒子は、反陽子と陽子であった。

 

2011年のデータ運転中に得られたATLAS測定器のピーク・ルミノシティ

現在、3.5TeVで行われているLHCの運転は、昨年冬に始まったが、運転中に加速器の性能が徐々に改善され、2.7 x1033 cm-2s-1のピーク・ルミノシティを達成した。9月26日現在、LHCは3.6インバース・フェムトバーンの積分ルミノシティを達成した。これは、2011年の当初の目標値であった「1フェムトバーン」を上回るものだ。加速器は現在、1380バンチで運転中であり、研究者は現在、バンチ強度の向上に取り組んでおり、1バンチ当たり1.55×1011個の陽子を目指している。

9月19日現在の積分ルミノシティ（画像：R Heuer氏－スペインのグラナダで開催されたLCWS11にて）

lHCでは、今年末およそ5週間にわたり、重イオン（鉛鉛）運転が行われる予定だ。来年度の運転では、ルミノシティの継続的な改善や、エネルギーの若干の増加が期待できる。2012年内に予想される累積ルミノシティによって、測定が困難な低エネルギー領域（120GeV前後）を除いては、全領域におけるヒッグスの確実な探索を行うことができるだろう。
ILCに向けた活動では、今回のLHCの運転によって得られるデータから、今後の研究にリニアコライダーが必要であるとの物理の結果を出すかどうか、また、それらの結果によって、例えば、ビームエネルギーのような加速器の仕様パラメータが導き出されるかどうか、といった疑問を持つかもしれない。しかし、私はそうは思わない。もちろん重要な物理結果が得られることは予想されており、重要なインプットにはなるであろう。LHCの運転は2013-2014年に計画されている長期のシャットダウンの後にも続けられるが、LHCで探索するエネルギー領域で見つかるであろう新しい物理を、より深く理解するための加速器が必要になってくる。
上記のようにLHCのスケジュールが長期に渡ることを念頭に、ILC研究者グループは、LHCからの結果をいかにリニアコライダー設計に反映して行くべきか鋭意検討している。2012年末に、私たちはILC技術設計報告書（TDR）の執筆という重要なマイルストーンを終える予定である。私たちが現在取り組むべき問題は、TDR以降に加速器の設計をいかに更新し続けるべきか、ということだ。私は、今後のコラムでこの重要な問題について述べたいと思う。

■世界の各地より

Fermilab Todayより：テバトロンの最終ビームを祝うスタッフら－9月30日

(From Fermilab Today: Staff and users celebrated the Tevatron's last beam - Sept. 30)

テバトロンの最後の衝突ビームを停止する、左から：Leon Lederman氏（1988年ノーベル物理学賞受賞者、Fermilab前所長）、Robert Mau氏（Fermilab加速器運転前リーダー）、Helen Edwards氏（前加速器部長）。写真：Marty Murphy氏（AD）


9月30日、米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）に集まった職員と共同研究者たちと、世界中からストリーミング配信に接続した多くの人々が、テバトロンが電源を切る最後の瞬間を見守った。シャットダウンの後皆が集まり、世界を理解する方法を変えた、ほぼ30年にわたる科学的、技術的業績を労った。

 

「テバトロンは、これまでのあらゆる予想を上回りました」と、40分のシャットダウン手順が始まると、Fermilab所長、Pier Oddone氏は語った。「現時点で、CDFとDZeroという、2つの測定器は、約12インバース・フェムトバーンのデータを記録しました。コライダーは、1秒につき4x1032平方センチメートルのピーク・ルミノシティに到達し、1秒につき数百万回の衝突反応を生成しました。加速器が運転を開始した80年代には、このような数字は全く不可能な数字であると思われていました」

テバトロンは、何度も不可能を可能にしてきた。世界初の超伝導シンクロトロンであるテバトロンは、世界で最も強度の高い陽電子をコンスタントに生成することのできる陽電子源の開発を必要とした。最終的には、当初の設計機能の300倍の運転を行うことが可能となった。

このような業績を達成するために必要とされた創造力やツールは、例えばMRI装置といった応用に結びついた。また、これらの活動に参画した優秀な研究者たちは、LHCをはじめ数多くの物理学実験の設計に携わると同時に、金融や製造業といった多種多様なビジネスに影響を及ぼした。

テバトロンの運転停止は、職員やユーザーにとって、ほろ苦い瞬間であっただろう。多くの職員らが、テバトロンを、世界の物理学研究で最も生産的な加速器にするために、そのキャリアの大部分を費やしたのだから。CDFとDZeroは、少なくともあと2年間は、テバトロンから得られたデータを分析し、週に1枚平均で論文を量産し続けるだろう。

「テバトロンがなくなるのを本当に寂しく思いますが、私たちは前進しなければなりませし、もっと素晴らしい成果を出して行ければ、と考えています。そして、科学の新境地開拓に貢献したいのです」と、Roger Dixon氏（加速器部リーダー）は語った。

Fermilabは、現在、大草原の中央に、世界最強の陽子線型加速器（プロジェクトX）を建設するために、テバトロンを成功させた開拓者精神をもって取り組んで行く。このプロジェクトで、Fermilabは精密物理の新しい時代をリードできるだろう。

ニュートリノ実験、ミュオン実験、K中間子実験といった、Fermilabで進行中の、そして計画中の各種事件は世界中の若手研究者を引きつけている。彼らは、テバトロンの科学成果を上回るという難題に取り組むことになる。

テバトロンの固定標的プログラムによるタウ・ニュートリノの発見は、世界のニュートリノ物理の重要な業績のうちのひとつだ。

「テバトロン・プログラムは、著しい成功をおさめました。トップクォークの発見から、Wボゾン質量の精密測定、Bs混合の観測にいたるまで、多くの限界は、潜在的な新物理理論に進みました」と、Rob Roser氏（CDF共同スポークスマン）は語った。「テバトロンは、世界の素粒子物理学の見方を変えたのです」

CDFとDZeroの2つの実験では、すべてを構成する物質や、標準理論の構成要素についての理解を向上させた。これらの実験は、物質と反物質の非対称に関する最も強力な証拠を観測した。この非対称によっては、現在の宇宙は物質優勢となっている。CDFとDZeroはまた、トップクォークとバリオン族の新しい粒子も発見した。

トップクォークの次の精密測定は、Wボゾン質量と同様に、ヒッグス粒子の検索の基礎を築いた。質量なしヒッグス粒子は、それが存在しないということを知っているような、基礎粒子に与える。ヒッグスが生きているのは、まばたきより短い間なので、テバトロンとLHCの物理学者は、崩壊する粒子の案内測定をせずに、追い詰めることはできない。

「発見には、標準理論を理解する必要があります」と、Dmitri Denisov氏（DZero共同スポークスマン）は語った。「理解するには、計算する必要があり、そして、計算するためには、高精度で粒子を研究する必要があります。テバトロンから得られたデータで、私たちは抜きんでることができたのです」

テバトロンの思い出を共有し、他のものを読むには、テバトロン・オンライン・ゲスト・ブックを訪問してみてください。

[英文記事]

物質の核心にせまるスペイン旅行

（Spanish journey to the heart of matter）

Francois Richard氏が、スペイン・グラナダで、宇宙について、研究者が宇宙をどのように考えているか、そして、宇宙を明らかにする粒子コライダーの役割について講演を行った。

Perrine Royole-Degieux | 6 October 2011

リニアコライダーを語る、Francois Richard氏。画像：Perrine Royole-Degieux氏。

リニアコライダー研究者グループが素粒子物理学の次世代加速器を提案する次のステップを議論した「LCWS11会議」開催中の9月27日、スペイン・グラナダにある、主要な科学博物館のひとつである、Parque de la Cienciasで、Francois Richard氏による、「物質の核心への旅」というタイトルの一般講演が行われ、多数の観客が集まった。講演終了後の質疑応答セッションでは、物質、真空、宇宙、国際リニアコライダーについての、多様な質問があった。

Richard氏は講演中、観衆に疑問を投げかけた。安定な物質はレプトンの第一世代のみから構成されているのに、なぜ、3つも世代があるのだろうか？なぜ、ニュートリノとトップクォーク質量の間で14桁もの違いが存在するのか？これらの数はランダムなものなのか、それとも何らかの決まりがあるのだろうか？余剰次元はあるのだろうか？

François Richard氏は、フランス国立科学研究センター（CNRS）LAL研究所の研究者兼前欧州測定器研究組織コンタクトパーソン、かつリニアコライダー物理・測定器国際研究組織の共同議長をつとめている。Richard氏は、高エネルギー物理研究の動機づけとして上記のような質問をした。これらの謎は非常に難解で、思想家に私たちの世界がダーウィン信奉者のような選択の結果であることを示唆するか、地性体重視論に関する面倒を処理することを促すことを強調した。しかし、そのような概念が私たちに受け入れられないならば、とRichard氏は語る。  私たちは自然を定める基本法則を深し求め、宇宙で最小の構成要素に目を向けることでこれらの質問に答えなければならない。神学、法律、数学、物理学、他の科学を極めた12世紀の有名なアンダルシアのイスラム教徒哲学者、Averroesの言葉を引用すると、彼は「自然において、余分なものは何もない」と指摘した。

14世紀の画家Andrea de Firenze氏により描かれた12世紀の思想家Averroes。

わかりやすいスペイン語で、彼はLHCの目的、LHCと相補的なもの、リニアコライダーが正確にヒッグス粒子のような新しい粒子を観察して、理解して、多分、科学（粒子質量の起源）の深い問題の一つに答えるのに必要であるかを説明した。

Richard氏の講演終了後、物理学におけるストリング理論の立ち位置や、いつ頃最も基本的な粒子にたどり着くことができるのかなど、いろいろな質問があった。また、次世代リニアコライダーのコストや、素粒子物理学研究の社会への応用などの具体的な質問もあった。

「最終的なILC設計がいつ頃できあがるか」との質問に対してRichard氏は「世界的な活動の結果できあがるもので、また、LHCからの発見にも依存するものだ」と回答した。また、LCWS11ワークショップに言及し「素晴らしいグラナダ市の訪問が、私たちの物質探索を次のステップへと導いてくれることを期待しています」と講演を結んだ：

Jonathan Bagger氏（ILC運営委員会委員長）はLCWS11の最終講演の際に、物理学者が研究者グループ以外の人に会い、素粒子物理学の重要性を説明することを勧めた。「科学的に意義があることだけでは十分ではありません」と彼は語った。「一般のみなさんに関わっていただく必要があるのです」その夜、グラナダで、Richard氏はそのアドバイスの効果を実証したのである。

■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
■ニュース記事
  • from symmetry breaking
    4 October 2011
    今週、国際組織は市民に世界中で素粒子物理学の次世代に対する展望を発表した。将来加速器国際委員会は、報告書「Beacons of Discovery」をウェブで発表した。
  • from Reuters
    4 October 2011
     星の爆発が、世界の見方を変え、そしてどう終わるのかを観測した、3人の天文学者による、宇宙の加速膨張という「仰天するほどの」発見に対し、ノーベル物理学賞が与えられた。
  • from Reuters
    3 October 2011
    研究者と世界の主要な研究所の幹部らがジュネーブ近郊のCERNに4日間集まり、国際リニアコライダー（ILC）プロジェクトの資源と予算を結合する方法についての検討を行った。
  • from The Economist
    1 October 2011
    LHCの後継器となる国際リニアコライダー（ILC）は、実現する場合は、日本に建設されることになりそうだ。
  • from EuCARD
    July – September 2011
    CLICの構成要素の製作を確かめる仕事を任された「Infinity」は、現在、CERNの計算サービスの一部である新精密測定機だ。

■アナウンス

2011年12月14-16日に、米SLAC国立加速器研究所で開催される「SiD設計研究ワークショップ」は参加登録受付中だ。ワークショップでは、2012年の詳細ベースライン設計の発表に備え、SiD測定器R&Dと全体的なSiD設計の現状についての検討を行う。また、CLIC概念設計報告書、SiDとCLIC測定器チームの間の将来の協調、そしてDBD以降のSiDの将来についての議論も行う。ワークショップへの参加登録をお願いします。ウェブサイト

■プレプリント

arxiv preprints
  • The Epsilon Expansion of Feynman Diagrams via Hypergeometric Functions and Differential Reduction
■今週のイメージ

ILCスクワットチーム

（ILC squat team）

画像: Nicholas Walker氏


スペインのグラナダでセグウェイ・ツアーをする、Eckhard Elsen氏、Karsten Buesser氏、Klaus Sinram氏。

投稿情報: 2011/10/24 カテゴリー: ILC NewsLine |

2011/10/11

ILC NewsLine 2011年9月29日号

 

ILC NewsLine 2011年9月29日号 [英文記事]

■スライドショー

グラナダの印象

（Impresiones from Granada）

画像：Perrine Royole-Degieux氏、Jesu's Di'az氏（コンピュータシリーズ）、Monika Illenseer氏（ビンテージシリーズ）


リニアコライダーの研究を行う研究者は、次世代リニアコライダーに関する第２回国際ワークショップが開かれる、スペイン、グラナダのgrand Palacio de Exposiciones y Congresosに集結した。現地新聞の数紙の見出しを読むと、LCWS11に参加した研究者たちは、ミュオンニュートリノの正確な速度について議論していたと思わせるが、会議の出席者がはるかに興味をもっていたのは、次世代の精密粒子コライダーの詳細についてであった。会議主催者とそのホストであるグラナダ大学は、オルセーにあるLALのFranc,ois Richard氏による「Viaje al corazo'n de la materia」というタイトルの一般講演、そして壮大で豪華なアルハンブラ宮殿への訪問など、様々なプログラムを企画した。スライドショー

[英文記事]

■世界の各地より

IPAC11開催　スペインで産業界と加速器研究者が集う

（Industry meets accelerator scientists in Spain for IPAC11）

Perrine Royole-Degieux | 29 September 2011

IPAC11でのスペイン科学産業界の特別セッションの講演者。左から：Claudio Isnardi氏。Jorge Lomba氏（INDRAプロジェクト・マネージャー）。Juan Toma's Hernani氏（CDTI科学宇宙部長）。革新書記長。Miguel Angel Carrera氏（スペイン科学革新省）。Julio Lucas氏（INEUSTAR社長）。Miguel Mendez氏（ELYTT ENERGY技術部長）。Julio Galipienzo氏（SEVEN SOLUTIONSプロジェクト・マネージャー）。AVS（Added Value Solutions） プロジェクトマネージャー。画像：CDTI

 

今年の9月は、ILCはスペイン月間であった。グラナダで開催されたリニアコライダー・ワークショップの3週間前、世界的な加速器研究者グループは、第２回世界加速器会議の開催地であるサンセバスチャンに集まった。この会議の主目的は、粒子加速器プロジェクトについて意見交換を行うことである。しかし、この会合は、産業界の人たちと接触する、非常によい機会でもある。
この種の会議はもともと、地域レベルで企画されてきた。昨年、京都で開催された会議からは国際的な会合となり、第2回となる本会議には、およそ1200人が参加した。そのうち100人以上が産業界からの参加であった。産業界からの参加者は、科学セッションの多くに参加し、加速器R&Dとプロジェクトの新しい領域についての知識を得るとともに、研究者のニーズを知り、産業界で引き受けることのできる挑戦的な技術開発の発掘を試みた。純粋な科学的なセッションの他に、加速器の応用、技術移転、労使関係に集中する講演もいくつかあった。専用の特別セッションでは、スペインの産業界のR&Dがテーマであり、専門企業から「スペイン科学産業－あなたの信頼できるパートナー」という書籍への18件の寄稿のうち数件のテーマに関する技術的な講演があった。

 

「産業界からの意欲的な参加がありました。実際に、今回の会議にはスペインの企業から40人以上のマネージャーが出席しました」と、科学革新省傘下のスペインの公共組織、産業技術部門センター（CDTI）のスペイン加速器産業界の連絡窓口をつとめる、Paloma Dorado氏は語った。IPAC11会期中のDorado氏の役割は、スペイン産業界の加速器プロジェクトへの参加を促進し、スペインの産業界のR&Dに関する特別会議を企画することであった。「産業界は今回の会議を、今後の加速器の設計を担当する全ての人々に会うことのできる、またとない機会であると認識していました」

IPAC2011会議のオープニング。画像：Jonathan Martin氏
本会議の会期中に、産業界による展示が行われ、スペイン企業9社を含む70社以上が各社の専門領域と、科学プロジェクトに提供可能な技術等に関する展示を行った。「展示は、コーヒー・ブレイクエリアという良い場所で行われたので、研究者と産業界双方の参加者で大盛況でした。議論し、情報交換する素晴らしい機会になったと思います」と、Dorado氏。
産業界にとって、これらの出会いは原動力になる。「産業界に取っては、入札公示への準備を行い、新しい契約を得ること以上に意味があることなのです」とDorado氏は語った。Dorado氏は、欧州合同原子核研究機関（CERN）のスペイン産業界担当者（ILO）として、素粒子物理学に対する産業界の興味についての知識が豊富だ。「研究プロジェクトは、産業界にとって新たな挑戦や自社の限界を押上げるための非常に良いチャンスです。新しいプロジェクトはそれぞれ専用の設計が必要なのです」。産業界の数社は、最新の進歩を提示するため、科学ポスター・セッションにも参加した。
研究者サイドでも、この出会いは、新顔に会うだけにとどまらない。ILC国際共同設計チーム（GDE）のプロジェクトマネージャ、Marc Ross氏は、旧知の産業界からの参加者の多くと再会し、しばし懇談した。「非常に有益な議論ができました。ここで話すことによって、非常にリラックスしたムードで、より幅広い意見交換ができました。これは通常のミーティングでは不可能なことなので、会場の雰囲気のおかげです」と、Ross氏。

主催者サイドでは、組織委員会の委員長であるFrancis Pe'rez氏は「科学界および産業界からの参加者数は、私たちの予想を凌ぐものでした。会場だけでなく、多くの社交行事でもサンセバスチャンでの滞在を楽しいものとするために努力しました。参加者が満足してくれたものと信じています。科学プロジェクトと産業界のつながりをつくるのに役立ったと思っています。これは、双方の成功にとって非常に重要なことです」と、Pe'rez氏は満足げに語った。

次回のIPAC会議は、2012年5月に米ニューオリンズで開催予定である。

■ディレクターズ・コーナー

GDEの任務遂行の最終部分

（The home stretch in fulfilling the Global Design Effort mandate）

Kaoru Yokoya | 29 September 2011

スペインのグラナダで開催されたLCWS11ワークショップ会期中のGDE常務会。

リニアコライダー研究者は、第2回次世代リニアコライダーの国際ワークショップに参加するため、スペインのグラナダに集まった。会議は350人以上の出席者をむかえ、素粒子物理学の次世代、特に大型ハドロンコライダー（LHC）の結果が次世代のライダーの設計をどのように導くかに関して順調に議論が進んでいる。GDEメンバーの多くが、この会議では、技術設計報告書に関する最終的な詳細計画に臨んでいる。
2012年末に技術設計報告書（TDR）を完成させることは、GDEの任務の終了を意味し、加速器の建設準備が整ったことを明示するものだ。

米ユージンで3月に開かれた前回のリニアコライダー・ワークショップで、私たちは幅広いプロジェクト決定に関する合意に達した。ここグラナダで、私たちはプログラムのより細かい部分を練り上げた。したがって、ILCグループは、厳しいテストと徹底的な分析で、加速器システムをより信頼できるものにすべく、一生懸命に働いていた。

しかし、GDEの選択は、加速器に関連した技術決定に限られたものではない。私たちは、産業化とコスト算出に関する決定も下さねばならない。研究者として、これらの種類の仕事は刺激的なものではないが、ILCの実現には不可欠なものである。

 

工業化とコスト算出は、おそらくこのような巨大プロジェクトで最も挑戦的な側面である。私たちが産業界から学んでいることが、コスト算出に反映されていく。私たちは、空洞の改良とクライオモジュールの製造に複数の会社に参加してもらうよう、最善を尽くしてきた。この仕事が数社に割り振られるためには、研究所の責任で、会社の製品が最低限の品質基準を満たし、ILC仕様を満たすことを保証する必要がある。私たちは、TDRの発行後まで、この品質保証の仕事を継続する。

 

もちろん、この会議で多くの人々が言っているように、次世代の加速器科学は今後のLHCの結果次第だ。同様に、私たちは、次の大きなLHCの発見を心待ちにしているが、それまで、私たちはGDE任務の最終段階を完了するために一生懸命に働くつもりだ。
■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
今後のスクール

■ニュース記事

  • from New Scientist
    28 September 2011
    9月30日に停止予定のかつての王、テバトロンは、もはやジュネーブ・スイス近郊にあるCERNのLHCによって成し遂げられるエネルギーと争うことは出来ない。「テバトロンはLHCに取って代わられています」と、Fermilab所長のPier Oddone氏は認めた。
  • from europapress.es
    26 September 2011
    El director de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) Rolf Heuer ha dicho este lunes que no cree que Albert Einsten se equivocara al enunciar su Teoría de la Relatividad y ha insistido en que aún debe verificarse el estudio que ha descubierto partículas subatómicas llamadas neutrinos que son más rápidas que la velocidad de la luz.
  • from abc.es
    26 September 2011
    Rolf Heuer director general del CERN dice que la confirmación de que existen partículas más rápidas que la luz llegará en 2012 aunque no cree “que Einstein se equivocara”
  • from CERN Courier
    23 September 2011
    四半世紀にわたる実験は、加速器科学の境界を進めた開拓者的な装置である、Fermilabのテバトロン・コライダー運用が終わりに近づき、素粒子物理学はCERNのLHCに主役を譲ろうとしている。
  • from Wired
    23 September 2011
    何かが光速を越えて進んでいるかどうかを理解するには、信じられない精度の計測と距離を必要とするため、OPERAチームは、その仕事をできるだけ正確なものにする広範な努力をしてきた。
  • from The Guardian
    23 September 2011
    粒子が光より速く進むことができる結果が示唆された後、研究者は信じられないことと反応し、繰り返しの実験を要求した。
  • from El Pais
    09 September 2011
    Como físico de aceleradores participó en el diseño construcción y puesta a punto el año pasado del acelerador de partículas sincrotrón Alba de Barcelona.
  • from Daily Yomiuri Online
    8 September 2011
    ビックバン直後に物質がつくられた状況を再現することをめざす、巨大な科学研究施設、国際リニアコライダー（ILC）をホストしようとする日本の試みが進んでいる。

■プレプリント

ILC Report
  • Report on the Second Workshop on Linac Operations with Long Bunch-trains
arxiv preprints
  • Testing Little Higgs Mechanism at Future Colliders

 

投稿情報: 2011/10/11 カテゴリー: ILC NewsLine |

ILC NewsLine 2011年9月22日号

ILC NewsLine 2011年9月22日号　[英文記事]

■リサーチ・ディレクターズ・レポート

リニアコライダー物理・測定器国際研究組織の過去と未来

（Past and future of the World Wide Study）

Jim Brau | 22 September 2011

次回のリニアコライダー・ワークショップ（30年にわたるシリーズの第13回LCWS）に備え、技術設計報告書と詳細ベースライン設計報告書の後のILC再編成と次のステップについて考えていたら、私自身リニアコライダー物理・測定器国際研究組織（WWS）の歴史と、WWSが果たして来た重要な役割について改めて振り返っている自分がいることに気付いた。ILC実験管理組織は、WWSとその組織委員会によって長期にわたって実施されてきた主要な役割の多くを引き継いでいる。WWSは、まだ存在意義があるのだろうか？ある場合、それはどんなものか？
WWSは、1998年にカナダのバンクーバーで開催された高エネルギー物理学国際会議で、正式に立ち上げられた。初代の共同議長はCharles Baltay氏（エール大学）、駒宮幸男氏（東京大学）、David Miller氏（ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ）がつとめ、アジア、欧州、北米から地域的にバランスよく5名が組織委員会の共同議長に加わった。その当時、LCWSワークショップシリーズは、フィンランドのSaariselka（1991年）、米ハワイ（1993年）、日本の盛岡（1995年）ですでに開催されていた。その後のこのシリーズの会議の企画は、WWSが担当することとなった。研究は世界三領域で活発であり、WWSはこれらの研究を調整する主要な機構となった。WWSの役割は、以下のように定められた。
  • 三領域における研究間の交流を維持すること、
  • 加速器がどこに建設されても、リニアコライダープログラムに参加する準備ができている世界的なユーザーコミュニティの成長を促進すること、
  • 将来加速器国際委員会（ICFA）に対して研究者グループを代表すること、
  • LCWSシリーズ会議のプログラム委員会をつとめること。

WWS組織委員会は、いかなる次世代リニアコライダーに対しても関心を示し、この活動を主導する。高エネルギー物理学研究所の所長は、この新たな組織を後押ししている。

リニアコライダーの測定器R&Dを進めるべく、2001年、WWSは活動（プロジェクトと共同研究グループ）を調査するため、R&Dレビュー委員会をつくり、目標とサポート水準を評価し、そのギャップを特定した。3つの領域からの代表から構成される委員会が立ちあげられ、2002年には報告書が執筆された。この報告書は、活動を活発化し、サポートを生み出すのに役立った。報告書はまた、世界中のテストビーム施設の困難な状況に注目し、今後、このニーズに応ずるため、これらの施設に対する支援増加のきっかけとなった。

 

2002年、ICFAは国際リニアコライダー運営委員会（ILCSC）を設置した。ILCSCは、ILCSCの物理学と測定器小委員会にWWSを招きいれ、加速器科学者とエンジニアの活動を導くためのハイレベル・パラメーターリストを組み立て始める責任を担わせた。ILCSCの監督に応じて、WWSは範囲と仕様パラメータ委員会に文書を準備するよう協力を求めた。その文書は2003年に発表され、リニアコライダーの初期の設計を導いた。文書はGDEのために2006年に更新され、引続きILCの物理学の必要条件設定を行っている。

 

この頃、WWSも後日「合意文書」と見なされるようになった「物質、エネルギー、宇宙、そして時間を理解する：リニアコライダーの問題」という文書を発行した。これは、2724人の科学者とエンジニアが署名しているが、その多くは、直接参加していない人であった。署名をした人たちは、リニアコライダーの重要性を確信していたのである。この文書は、500ギガ電子ボルトの電子陽電子リニアコライダーで探索可能な科学的な問題を提示した。この加速器には、より高いエネルギーへのアップグレードと、他の粒子ビームの使用、改良されたビーム偏極といったオプションも提示されていた。

 

ILCSC/ICFAは2004年、サブ測定器R&Dを推進し、加速器測定器インターフェース研究を推進しながら、実験的な測定器概念を進展させる方法について検討することをWWSに要請した。WWS組織委員会のメンバーの中には、この要請に対応する方法に関して、様々な意見があった。測定器共同研究グループと測定器下部の選択の問題が考慮される必要があった事から、このロードマップ議論はより広いWWS内部で議論されることになった。

 

2005年、WWSの測定器R&D活動の焦点は、第2のR&D委員会の設立によって強化された。この委員会は、最終的には外部委員会によるレビューで締めくくられた、一連のレビューを通して、世界的な活動の調査を行った。これらのレビュー委員会の報告書は、各国の資金提供機関がR&Dに対する資金拠出を検討する際に、専門家によるインプットとして役立てられた。

 

2005年の国際共同設計チーム（GDE）の設立により、WWSは新たな時代に入った。活発なILCの世界的な加速器R&D活動が始められ、測定器研究者グループは、それに追いついて行くプレッシャーを感じた。GDEは基準設計報告書（RDR）を計画し、WWSはILCの物理、RDRの第二巻と同じような、コンパニオン文書である、測定器コンセプト報告書（DCR）の準備に携わった。WWS研究者グループは、物理編と、2006年のRDRのコンパニオン文書としてDCRを作成した。同時に、よりフォーマルな場面で測定器活動をまとめる、ILCのための新しい組織が検討された。この時期、ILCに対する関心が増したにもかかわらず、WWS組織委員会は、WWS組織委員会に関する欧州合同原子核研究機関（CERN）で進行中の説明をもって、コンパクトリニアコライダー（CLIC）開発に対する関心を持ち続けた。

WWSは、2006年と2007年にILC測定器活動を進めるためのロードマップを作成した。ロードマップはILCSCに提出され、その計画をいかに実現するかが議論された。国際測定器諮問委員会の助言を受け、ILCリサーチ・ディレクターのコンセプトが考案された。ILCSCは、リサーチ・ディレクターを採用するための調査委員会を選出した。山田作衛氏が選ばれ、そして、移行期間中、ILC実験管理組織の地域コンタクトパーソンとして、WWS共同議長（François Richard氏、山本均氏、私）を誘った。当初は、2007年に、共同議長がWWSに対する別々の責任を維持したので、これは1年間の暫定的な配置であると計画された。しかし、ILCSCに承認された配置に山田氏は満足しており、それを見直す理由は見当たらなかったため、当初の体制が継続することとなった。昨年、欧州WWS共同議長のFrançois Richardが退任し、Juan Fuster Verdu氏が引き継いだとき、山田氏はILC実験管理組織の地域コンタクトパーソンとしてFranc,ois氏の後任をつとめるようJuan氏に要請した。
こうした移行を経て、WWSは重要な役割を維持し、上記で参照された人々のような活動を通してリニアコライダーの実現に向けて強く関与している。特に、全ての次世代リニアコライダー・オプションに対する関心による、私たちの共通の目標のために統一するフォーラムを提供した。
WWSはGDEとILC実験管理組織のILCプロジェクトを指向する仕事に重要な、補完的な役割を演じ続ける。そして、私はこれが再公式化した、次世代リニアコライダー組織の真実であると考えている。

 

■世界の各地より

日本のILC測定器R&D

（ILC detector R&D in Japan stays strong）

Rika Takahashi | 22 September 2011

ILC測定器研究のキックオフ会議初日の参加者ら。画像：小林敦子

9月12〜14日、約60名の研究者が東北大学に集結した。ILC測定器システムの国際的なR&Dプログラムに関するキックオフ・ミーティングが開催されたのである。

日本のILC測定器にR&Dの大部分は、日本学術振興会(JSPS)の科学研究費助成金から拠出されて来た。JSPSはまた、様々な科学分野の研究を振興するために独自のプログラムを展開している。

今年、新たな研究予算が承認された。特別推進研究「A global R&D programme of a state-of-the-art detector system for ILC」として、5年間の予算が交付されたのだ。これは、2012年末に予定されている詳細ベースライン設計(DBD)の提出以降のR&Dもカバーするものだ。

今回の会議は、ILCの物理測定器研究プログラムのキックオフ会議ではあったが、今回の会議の議長を務めた山本均氏（ILC実験管理組織のアジア・コンタクトパーソン）は「国際会議として計画したもので、出来る限り世界的にオープンにしました」と語る。「このプログラムの目標は粒子フローアルゴリズム(PFA)に基づく測定器システムの実現です。この目標は、世界各国の研究者とともに国際的な枠組みのもと、達成したいと考えています。

山本氏の自宅で中秋の名月の日に行われた「茶会」の様子。左から、Jim Brau氏、Jon Bagger氏、Barry Barish氏。画像：小林敦子

山本氏が語ったように、多くの海外の研究者が会議中に発表を行った。その中には、ILC運営委員会の議長であるJonathan Bagger氏と、国際共同設計チーム(GDE)のディレクターのBarry Barish氏もいた。「この会議に、北米や欧州からスピーカーを招く事によって、日本の科学コミュニティ全体の立場を強化することができます」と山本氏。Bagger氏が、会議への招待を承諾したときには「日本に行くことで、世界の科学コミュニティの中での日本の重要性を、世界に発信することができます」と山本氏に伝えたと言う。2日半の集中セッションの間に、会議参加者は、ILC測定器研究の様々な側面における議論を行うとともに、ILC測定器研究グループリーダーのプレゼンテーションに聞き入った。「今回の会議で、世界的な研究における日本の研究の立ち位置を確認することができました。今後5年間の活動に向け、良いスタートを切ることができました」（山本氏）。

最終日の午後、参加者の一部が日本国内の2つの候補地のうちの1カ所を見学した。

仙台から一関まで新幹線に乗った一行は、世界遺産平泉に立ち寄った後、候補地に向かった。のどかな田んぼの景色を見ながら、平泉からバスに揺られること約1時間、一行は丘陵地に到着した。

見学が終わろうとする頃、山本氏はJim Brau氏（北米コンタクトパーソン）に実験ホールの入り口の予定地あたりを指差した。「Brau氏は、そちらの方に少し近づいて何枚か写真を撮影しました。そして『OK、いつシャベルを入れるんだい？』と私に言ったのです。もちろん冗談でしょうが、実際に候補地に足を運ぶことでILC建設が現実的になったのでしょう」と山本氏は語った。

■ディレクターズ・コーナー

ILC技術設計報告書の費用を見積もる

（Costing the ILC Technical Design Report）

Barry Barish | 22 September 2011

基準設計のILCサブシステム算定コストの分布。コストの大部分が主線形加速器と従来施設に占められている。単位：ILCユニット（＝207年1米ドル）

ILCのような非常に巨大な将来プロジェクトにとって、コストは明らかに、非常に大きな問題である。新奇技術を用いる巨大プロジェクトのコストを、詳細な技術設計と実施計画の立案に先立って確実に見積もることは、本当に難しいことだ。そのうえ、コスト算出法は国ごとに異なる。特に、世界中で確実に使うことができるコスト算出情報を提供することは難しい。ILC 2007 RDRのために、私たちはいわゆる『バリュー』見積もりを使い、これは、いかなる特定の会計制度からも独立しているが、原則的に、全ての会計制度と互換性を持つ手法である。バリュー方法論は、巨大国際プロジェクトの基準になっている。

簡潔にいうと、ILC RDRで議論された通り、ILC見積もりは、2つの重要な部分から構成される。ひとつは「バリュー」であって、これは提供されるアイテムのための通貨単位。もうひとつが「レイバー」であり、これは「人時」または「人年単位」として表され、協力研究所と機関からの人的貢献として供出されることも、企業との請負契約で発生することもある。（・・・）「バリュー」の価値は、主要な工業国での生産費に基づく、良質で調達コストで最低の合理的見積もりと定義される。（・・・）「レイバー」は『明確な』労働（共同研究を行っている研究所や機関によって提供されるかもしれない）と定義される」

RDRのためにつくられたコスト算出は、TDRの新たなコスト算出のための非常に良い出発点である。TDRコスト算出を始めるための最初のGDEの会合は、米カリフォルニア工科大学で開かれ、7月のフェイス・トゥ・フェイスの役員会会議の直後だった。そこで、私たちはRDR算定コストから始まって、最も信頼できる更新された算定コストを作成する方法についての議論を行った。そして、設計の変更、要素コストの新情報と、私たちがどのように世界的な共同研究グループを通してILCを建設するつもりかというより詳しい情報についても考慮した。私たちは、コスト算出に役立ついくつかの新たなツールを制作した。これには、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の電子文書管理システムとコスト算出ツール（ICETと呼ばれる）の開発における技術情報を持つことなどが含まれる。

カリフォルニア工科大学での会期中のWilhelm Bialowons氏（DESY）、GDE欧州コストエンジニア。画像：GDE

カリフォルニア工科大学で開かれたコスト算出会議の目的は、TDRコスト算出に対する戦略について、議論し同意をとることだ。私たちは、主な焦点が主線形加速器で大きなコスト推進要因が、施設／土木工事と超伝導RF系にあることを確認した。コスト算出ガイドラインはRDRのものに準拠しており、比較を容易にする。会議は幅広い範囲の問題をカバーしたが、特に、GDEプロジェクトマネージャー山本明氏による主線形加速器要素の工業化に対する準備に関する議論と同様に、最近のILCのアジアのサイト選定研究から事例研究など、従来の施設の見積もりに力点が置かれた。

カリフォルニア工科大学で会議中のGDE米州コストエンジニアGerry Dugan氏（コーネル大学）。画像：GDE
今回の議論における興味深いポイントの一つは、現在の予想を以前のRDRコストと比較する方法だ。技術変更と新たに得られた情報に加え、2007年以降、価格エスカレーションがあった。また、為替相場の大きな変動もあった。米ドルについては、RDR発行時の2007年の対日本円為替レートが、1米ドル＝0.883ユーロ= 117円（2003～2007年の平均相場に基づく）であったが、2011年8月には、1米ドル= 0.696ユーロ＝77.1円と大きく変動している。このことは、私たちに2007年のコストを適正に換算する最善の方法が何か、を熟考する機会を与えた。たとえば、経済協力開発機構(OECD)が算出する「購買力平価（PPP）」は、同じものを異なる２国で購入する時の価格の変換レートを比較するものだ。PPPは、ILC建設時に、一カ国以上の国で構成要素の製造を分担する際に信頼できる指標となる可能性がある。そこで、私たちはPPPを採用するべきかどうか調査を行っている。
私たちは、コストを強く意識しつつ、ILC設計を進化させ、重要な技術開発を行ってきた。これらのプロセスにコストの増大を考慮に入れることにも最善を尽くした。私たちは、より費用効果のよい設計を立案するためにコスト情報が有効活用されるよう、必要なフィードバックシステムを使う。来年1年間をかけてILCの技術設計と算定コストを進展させるのと同時に、コンパクトリニアコライダー研究（CLIC）のコストとの比較ポイントを明確化させたことも確認したい。2012年末頃にTRDのコスト算定を完了させた時には、実際のコストを報告するつもりである。
■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
今後のスクール

■ニュース記事

  • from The Economist
    17 September 2011
    CRESST共同研究グループは、 9月6日、ダークマターを構成すると仮定されている不可視粒子（WIMP）の存在を示唆するデータがあったと報告した。
  • from Science
    16 September 2011
    世界最大の衝突加速器の歴史は、献身的な協調と強い競争の奇妙な組合せだ。
  • from Iwate NichiNichi
    9 September 2011
    興田中学校の２年生や地域住民ら約１００人が参集、ＩＬＣの概要 や研究の意義、地域にもたらす効果などについて理解を深めた。

■アナウンス

François Richard氏、グラナダ（スペイン）で、一般講演

9月27日（火）、LAL（仏オルセー）のFrançois Richard氏は、グラナダの市民向けに一般講演に'Viaje al centro de la materia'（物質の核心への旅）を行う。Richard氏は分かりやすい言葉で、LCWS11で議論される、宇宙の謎と素粒子物理学の将来的展望に対する新たな洞察を伝える。

訂正


先週のディレクターズ・コーナーでLHCの「シャットダウンは、現在1ビームにつき加速器のエネルギーを3.5ギガ電子ボルト（GeV）に制限している問題を解決するのに用いられる」と書きました。正しくは、ビーム・エネルギーは、1ビームにつき3.5テラ電子ボルトです。謹んでお詫びを申し上げます。

■プレプリント
arxiv preprints
  • Radiative decays Z_H-> V_i Z (V_i=γ Z) in little Higgs models
■今週のビデオ

仮想トンネル（Virtual tunnel）

画像: DESY

DESYの情報管理プロセス・プロジェクト（IPP）グループは、ILCのための設計統合活動を続けて、全ての加速器の三次元モデルを得ているラティス・ファイルから自動的に単純な3次元モデルをなんとか生み出すことができた。施設の初期のプレビューを得るために利用できる所に、トンネルと基盤モデルが加えられることができる。画像は、グラナダで開催されるLCWS11会議で見ることができます。

投稿情報: 2011/10/11 カテゴリー: ILC NewsLine |

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