Japanese Highlights

ILC NewsLine 2009年3月26日号

■世界の各地より

ILC実現に向けてコラボレーション

AAAシンポジウムに産学官から参加

国会の補正予算案審議の真っただ中の2月26日、先端加速器科学技術推進協議会（AAA：協議会）は「日本発宇宙行き　国際リニアコライダー（ILC）実現に向けて」と題し、東京赤坂にてシンポジウムを開催、産学官から150人以上が参加した。約100の企業、大学、研究所が参集して2008年6月に発足した協議会では、ILC計画のR&Dや知的財産、その他関連項目についての課題を検討する。本シンポジウムの主な目的は、2008年度の協議会の活動を評価するとともに、「先端加速器科学技術」を推進する意義や将来の社会に与えるインパクトなどについて、理解を深めることである。

「昨年の南部先生、小林先生・益川先生のノーベル物理学賞受賞により、素粒子物理の世界における理論と実験の両分野で日本がトップランナーに位置することが認知されました。この朗報を受け、政府がILC実験に日本政府として取り組む時が到来していること、更にはこうした横断的な分野の基礎科学について関係省庁で検討する仕組みを作る必要性に言及されましたことに、関係者一同誠に意を強くしております」と協議会会長の西岡喬氏は挨拶した。

鳩山由紀夫議員

主催者挨拶に続き、リニアコライダー国際研究所建設推進議員連盟（議連）会長代理鳩山由紀夫衆議院議員、そして高エネルギー加速器研究機構（KEK）名誉教授で2008年ノーベル物理学賞受賞者の小林誠氏が多忙の中かけつけ、来賓として挨拶された。鳩山氏は「私は、宇宙の謎の解明に（政治家としてではなく）人間としての興味を持っています。政治家としてILC実現をお手伝いするべき」と述べた。小林氏はILCを「素粒子物理学者の夢の加速器」とするとともに、産学官連携の強化、大局的な情報共有の重要性を強調した。続いて、文部科学省、経済産業省の政府高官からも、来賓挨拶がなされた。

左から：小柴先生、駒宮先生、鈴木先生、前川氏、そして内藤議員

シンポジウムは、2002年ノーベル物理学賞受賞の小柴昌俊氏が、「若者に夢と誇りを　先端加速器が創る新しい文化・文明」と題した講演で始まった。講演の中で小柴氏は、基礎科学活動を継続していくことの大切さについて強調した。続いて駒宮幸男氏がILCのプロジェクト概要をあらためて紹介した後、河村建夫内閣官房長官が、多忙の合間を縫って来場、「国家戦略としてのリニアコライダー国際研究所建設推進」と題して講演した。河村氏は昨年8月に施行された宇宙基本法成立に尽力。「宇宙開発をスペースへの挑戦とするなら、ILCはユニバースへの挑戦です。このユニバースへの挑戦には３つの方法があります。望遠鏡で観測すること、観測衛星を打ち上げて宇宙へ出ていくこと、そして地球上でビッグバンを再現すること、つまりILCです。議員連盟は、このILCプロジェクトを教育、産業、そして科学外交という様々な方向から捉え、産業界・研究所と協力してロードマップを作成しています」と述べた。

河村議員

続いてKEK機構長である鈴木厚人氏が、KEKのロードマップについて講演し、日本の加速器科学の将来計画についての考えを示した。また、産業界を代表して東芝電力システム社統括技師長の前川治氏が、企業の視点からILC構成要素の技術的課題について詳細に説明した。

シンポジウムは、議員連盟事務局長・内藤正光参議院議員による、国内外の加速器施設訪問の報告で締めくくられた。内藤氏は「ILC実現に向けていくつか課題が挙げられる」とし、ＫＥＫとＪ-ＰＡＲＣにおいて研究･技術開発･人材育成の点で欧米との競争力を維持し続けること、外国人研究者も安心して研究できる環境すなわち国際性の醸成、そして何より納税者たる国民の理解を求めるべく積極的な広報活動を行うこと、の三点を指摘した。「私たちは来年度、広報活動に力を入れていくつもりです」と協議会事務局長の有馬雅人氏。「地方都市でのアウトリーチ・シンポジウム実施を計画しています。基礎科学研究は素晴らしいというメッセージを一般の方々に伝えたいと考えています。」次の協議会シンポジウムは6月に開催される。

■特集記事

韓国でのCALICE会議

これは2月に韓国で開催された二つの測定器会議、ILDとCALICEについての二つ目のレポートとなる。今回は2月19～20日にDaegu市慶北国立大学にて開催された、カロリメータ国際共同開発グループ（CALICE：Calorimeter for the linear collider experiment)の春季会議についてである。2002年の開始以来、年二回開催されてきたCALICE会合はカロリメータ技術や大規模ビーム実験について議論を進めてきたが、最近はとくに世界初のデジタル・ハドロンカロリメータ実験にむけた準備が主な議題として扱われてきた。

フェルミ研究所で試験中のCALICEシンチレータECal

将来リニアコライダーのカロリメータは、電磁カロリメータ（ECal）とハドロンカロリメータ（HCal）の二大カロリメータで構成されている。世界11カ国から約50人が参加した今回のCALICE会議では、シリコンとシンチレータのECal、及びシンチレータとデジタルのHCalについての議論が行われた。

シリコンECal、またはシンチレータ‐タングステンECalは、電磁シャワーを発生するためのタングステンと、シャワー信号を検出するシリコン/シンチレータからなっている。ECalの全面積は2,500平方メートル程にもなり、これがシリコン/シンチレータで埋め尽くされる。今回の会議では、30層のシリコンを重ねた面積約1平方メートルのシリコンECalでの性能試験の結果が報告された。シリコンECalでは信号検出の一チャンネルで1cm×1cmの面積をカバーするが、、シンチレータECalの場合は1cm×4.5cmとなる。シリコンEcalではこの最少測定単位を5mm×5mmに下げることが検討されており、これによりシンチレータも最小単位も5mm×4cmに下げようとしている。「シリコンでは、チャンネルあたりのカバー面積を細かくすることで、分解能を高めることができるのです。実際、既にMAPSと呼ばれる0.05mm角のデジタル読み出し回路の提案があります」とCALICE会議運営委員で信州大学の竹下徹氏。「ですが、どこかで妥協して、コスト的に見合う選択をしなくてはなりません。」

ハドロンカロリメータは電磁カロリメータの外側に、これを取り巻くように設置されるので、より大きな体積を占める。アナログ読み出しの測定器では、3cm×3cmサイズのシンチレータを使用した試験が既に行われている。しかしシミュレーションにより、1cm×1cmセルのデジタル読み出し測定器のデジタル・ハドロンカロリメータであっても、十分な結果が得られることが分かってきた*。欧州では、固体でなくガスによる検出信号をセミデジタル的**に読み出す折衷案を追求しているグループもある。チャンネルごとに複数の閾値を設定し、単一ビットではなく2ビットにしたデジタル読み出しを行うのである。

CALICEでは、フェルミ研究所での2009年のビームテストの計画についても議論した。「ガスハドロンカロリメータをテストビームラインに設置し、同時に、第2世代のECalとHCalのプロトタイプと付随する信号処理系も立ち上げます」とCALICE運営委員のFelix Sefkow氏は説明する。リニアコライダーの測定器の最適化のため、粒子フローアルゴリズムについての研究も深められる予定だ。

*最小測定単位が得る情報として、位置だけに限定したものを「デジタル」読み出しといい、通れば「1」、通らなければ「0」となる。対してアナログでは位置と何個粒子が通過したかも数える。したがって「デジタル」とは質的に劣ると見ることができるが、最小測定単位を小さくすることによって、良質な結果が得られる。

**セミデジタルとは、通過粒子数が0個、10個、100個以上というようにデジタルとアナログの中間の測定器をいう。

■ディレクターズ・コーナー

Marc Ross氏

超伝導空洞メーカーとの繋がりを新たに

今週のディレクターズ・コーナーは国際設計チームのプロジェクト・マネジャーであるMarc Ross氏による。

直線型加速器にとって最も重要な性能指標は、ビーム加速での電子ボルト毎のコスト、もしくはビーム電力１ワット毎のコストである。1990年代前半、現在ILCを構成する米国、アジア、欧州それぞれの研究所から参集した専門家の一グループが、超伝導RFを基盤にしたいわゆる「低温技術」について、当時一般的であった「常温技術」と同様、次世代加速器リニアコライダーの実現において有効であると結論づけた。そこから、TESLAでのコラボレーションや空洞メーカーとのパートナーシップを通して、この超伝導技術のコスト効率の裏付けをおこなってきた。今回のゲスト・ディレクターズ・コーナーは、こうした企業との協力関係を、世界規模であらたに切り開いていくことについて触れたい。 

大まかに言うと、超伝導RF空洞で高性能を実現するために最も重要となるのは、低温技術である。ILC空洞は、純度の高いニオブ板を、楕円形のセル形状に傷や窪みを全くつけることなく正確に成形しなければならない。こうした1メートル長の9セル空洞の製作組立工程の大半はメーカーで行われることになる。製作後、さらに、内表面のゴミ、油脂、その他の異物を性能試験前に除去しなくてはならない。この洗浄工程は組立や試験工程と切り離せないものであり、これらの作業はたいてい、研究所の所有する大規模な装置を活用して行われることになる。

現在の製造工程が形づくられたのは、1990年代からの、欧州原子核研究機構（CERN）、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）、連続電子ビーム加速施設（CEBAF）、コーネル大学、そして高エネルギー加速器研究機構（KEK）の大型プロジェクトでの経験と研究の積み重ねの成果である。2005年にILC国際設計チーム（GDE）が設立された時、高勾配性能への挑戦で最大の問題となるのは電界放出であると言われていた（参照）。電界放出は上に述べた不純物・異物によって引き起こされる。新たに命名された「TESLA技術共同研究グループ」の専門家たちは、空洞の内表面を洗浄するために家庭用皿洗い機にも似た工程を適用し、過去数年にわたり、それが有効であることを（過去にこのコラムでも紹介されたが）実証してきた。2008年では、JLabでの空洞試験のうち電界放出の問題で性能が制約されたのは全体の15％にとどまる。

ここで製造工程に起因する性能制限について振り返ってみよう、ということで、ILCのGDEプロジェクト・マネジャーは世界の主要空洞製造メーカーを訪問することにした。私たちの目的は、最近の開発進捗状況を伝え、技術設計フェーズのR&D計画を説明し、先方の報告やコメントを訊いて空洞に関しての諸課題への取り組みかたを探ることにある。しっかりした信頼・協力関係を築くための意思疎通チャンネルを確立したい旨を伝えたいとも考えていた。GDE地域・組織リーダーらの協力によってわれわれの訪問が実現した。

光学的空洞検査装置による写真。欠陥が明瞭に分別できる。

3月11日、神戸のMHIのPMチーム

GDE勾配研究プログラムで開発された工程のなかでも最も重要な手法は、「光学的検査」装置とよばれる特殊な顕微鏡で、製造または試験過程で発生すると思われる空洞内表面の機械的欠陥を精確に見ることができる。2008年に導入されたこの装置を使用し、20MV/m程度の低加速勾配にとどまっていた空洞のほとんどで、ニオブ板同士を繋ぎ合せている電子ビーム溶接（EBW）ポイントの近所で欠陥が見つかった*。過去、1990年代の論文では「EBWは、部材に対する大きな侵襲をもたらし、表面形状を不均一化させるとともに往々にして内部空孔を生成し、この結果、表面磁場が増大する原因となる」とある。こうした研究により、溶接ビードを幅広にすることが一般化した。本訪問のもうひとつのより技術的な目的は、最近の溶接部分の顕微鏡写真のコレクションを紹介し、測定結果の解釈を説明することであった。

全体として、空洞製造メーカー訪問は大成功だった。アドバンスド・エナジーシステム（米）、Niowave / Roark (米)、Accel（独）、Zanon (伊)、そして三菱重工業(日本)の訪問で、対応をいただいた各企業オーガナイザーの皆様にお礼を申し上げたい。各企業に配布した文書は、こちらのウェブサイトに掲示した。

*低加速勾配の問題原因と空洞内部の機械的欠陥がよく対応する場合もあるが、そうでない場合もある。また、機械的欠陥の発生要因が電子ビーム溶接の工程自体にあるのかどうかは、未確認。これらは、いずれも今後の課題である。

■カレンダー

今後の会議 Joint ACFA Physics and Detector Workshop and GDE Meeting on International Linear Collider (TILC09)  Tsukuba, Japan 17-21 April 2009 Particle Accelerator Conference 2009 (PAC09)  Vancouver, Canada 4-8 May 2009 11th European Symposium on Semiconductor Detectors  Wildbad Kreuth Conference Center, Bavaria, Germany 7-11 June 2009 ILC-CLIC LET Beam Dynamics Workshop at CERN  CERN, Switzerland 23-25 June 2009 今後のスクール Spring School on Strings, Cosmology and Particles (SSSCP2009)  Belgrade, Serbia 31 March - 4 April 2009 Terascale Monte Carlo school 2009  DESY Hamburg, Germany 20-24 April 2009 School on Calorimetry at the International Linear Collider  China Center of Advanced Science and Technology, Beijing, China 22-26 April 2009

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■ニュース記事

From Department of Energy 23 March 2009 米国エネルギー省長官Chu氏、科学復興支援に12億ドル ニューヨーク州Upton市にて。エネルギー省長官Steven Chu氏は、米国経済復興支援策のもと、科学研究関連事業のため、DOE科学局が所轄する研究所の施設建設、基盤整備に12億ドルを新たに拠出することを正式発表した。この発表は、Chu氏のブルックヘブン国立研究所訪問中に行われた。  英文記事

From SLAC 23 March 2009 SLAC国立加速器研究所に6830万ドルの経済復興予算 エネルギー省科学局に支払われる16億ドルの経済復興予算の一部である。 英文記事

From Fermilab  23 March 2009 Fermilabに3490万ドルの経済復興予算 エネルギー省科学局に割り当てられる12億ドルの経済復興予算の一部である。 英文記事

From Nature 19 March 2009 伝統的なメディアに取って代わる？ 科学ジャーナリズムの衰退に対して、科学ブログが急速に広がっている。しかし一方が他方に取って代わることはできるのだろうか、とGeoff Brumfiel氏。 英文記事 ■アナウンス 登録締め切り間近 TILC09会議(Joint ACFA Physics and Detector Workshop and GDE Meeting on ILC)オンライン登録締め切りが4月2日に迫っています。http://tilc09.kek.jp/registration.phpでご登録ください。締め切り以降はオンラインでの新登録は受け付けておりません。ご連絡はtsuchiura_4 @jtb.jp まで。 TILC09組織委員会  arXiv preprints 0903.3720  Single production of the top partners at high energy colliders 0903.3658  Study of cluster shapes in the Mimosa-5 pixel detector 0903.3207  Use of Transverse polarization to probe R-parity violating supersymmetry at ILC 0903.2959  Beam Polarization at the ILC: the Physics Impact and the Accelerator Solutions  EUROTeV Reports 2008-064  Phase and Amplitude Control of Dipole Crabbing Modes in Multi-Cell Cavities 2008-065  Results of the EUROTeV Beam-Beam Simulation (BBSIM) Task 2008-066  Implementation of Depolarization Due to Beam-Beam Effects in the Beam-Beam Interaction Simulation Tool GUINEA-PIG++ 2008-067  Description of Guineapig++, the C++ Upgraded Version of the GUINEA-PIG Beam-Beam Simulation Program ■今週のイメージ FermilabのFLASHクライオモジュールの進展  空洞四台をはじめとする3.9GHzクライオモジュール内部部品が真空容器に挿入されたところ。写真は先週木曜日に撮影。下は最終組み立て前のフェルミ研究所のチームの集合写真。このモジュールは1カ月ほどでDESYホール３に到着する予定。 )

ILC NewsLine 2009年3月19日号

■リサーチ・ディレクターズ・レポート

山本均　氏

TILC09で物理と測定器について議論

今月のリーサーチ・ディレクターズ・レポートはリニアコライダー物理・測定器国際研究組織共同議長でアジア地域測定器開発コンタクトでもある山本均氏による。

私はILCリサーチ・ディレクターである山田作衛氏のもとの、三人の地域測定器開発窓口の一人として、また国際研究組織（WWS）共同議長、そしてアジア地域次世代加速器推進委員会（ACFA）のメンバーとして、今月のこのコラムを担当している。ACFA物理測定器ワークショップとGDEの共同会議、TILC09（TはTsukubaの頭文字である）が4月17日から21日まで開催される。会場はつくば市の中心部にある「つくば国際会議場（エポカルつくば）」と呼ばれるところである。1985年にはつくば科学万博がこの辺りで開催され、10キロメートル北にはKEKがある立地だ。2月19日号のディレクターズ・コーナーで、この会議の加速器については既に紹介されているので、このコラムでは物理と測定器について述べよう。 

TILC09会議の会場であるEpochal Tsukuba

このILCワークショップは、3月31日のILC測定器趣意書（LOI）提出期限後の、最初のワークショップであり、LOIの評価プロセスを本格的に開始することが主目的となる。公式な評価はMichel Davier氏率いる国際測定器諮問委員会（IDAG）が行うが、物理研究や測定器設計最適化、そしてIDAGとのコミュニケーションを通じて、検討にはILC測定器コミュニティ全体が関係してくる。適切な測定器技術のR&Dも、もちろん、続けられるだろう。9月29日から10月3日にかけてニューメキシコのAlbuquerque でILCワークショップが開催されるが、そこでIDAGからの発表がなされるまで、このプロセスは継続される。ILCリサーチ・ディレクターが、その決定事項をILC運営委員会に報告することになっている。

IDAGによる評価はLOIの「有効性の確認」である、とよく言われるが、その意味するところはなにか？要点は、IDAGは三つあるLOIを二つに絞ることを目的とはしていない、ということだ。有効性確認のプロセスとは、LOIグループのコンセプト、計画、そして能力を評価し、期待されている物理研究のために、かつてなかった性能を必要とするILC測定器を、実現できる見通しがあると言えるのかどうかを確認することである。具体的には、コンセプトがILCの物理研究の目標を達成できると考えられるか、測定器R&Dの現況、実際の測定器システム構築に至るまでの計画と展望、グループがもつ人的物的リソース、そしてコスト面での現実性が、IDAGによって確認される。加えて、実験時に加速器からもたらされるバックグラウンド事象への対処、測定器の校正、設置アラインメントなどの技術的課題、そしてプッシュ・プル設計をはじめとする基本的なエンジニアリング上の課題についても議論される。こうした評価プロセスを通して、ILC測定器開発の仕事が現実の測定器プロジェクトにむけて成長してきく道筋をつけ、適切な開発予算を獲得することができる土壌の育成もねらっていく、ということである。

TILC09では、初日のACFA-GDE共同総会の直後にACFA測定器部門の総会が開かれ、LOIの三つのグループから包括的なプレゼンテーションが行われる予定だ。それぞれのプレゼンテーションは、測定器コンセプトにおける最適化や物理的パフォーマンスなどの全般的考え方についてのセクションと、サブ測定器のR&Dの状況や開発計画についてのセクションから構成される。また、IDAGの代表者がそれぞれのLOIグループ代表者に質問をおこなう、非公開のセッションも予定されている。

加速器会議と物理・測定器会議が同会場で開催されるという利点も、最大限に活かしていく。総会ではそれぞれのLOIグループがプッシュ・プルについての考え方を発表するが、この場にはGDE加速器のビーム収束システムの専門家も参加できるようにアレンジされる。加速器・測定器インターフェースのセッションについても、調整が難しい場合もあるかもしれないが、できる限り両者の専門家が参加できるように組まれるはずだ。

LOIの他にも、TILC09では、今後の計画やLHCでの結果について、またCLICリニアコライダーなどに関する重要な議題がある。読者の方々もTILC09に参加し、日本の美しい春を楽しまれることを期待する。

■特集記事

LOI後の計画

SLACでのSiDワークショップにて

SiD LOIに関するワークショップ参加者。休憩時間にて。

3月2～4日にSLACにてシリコン測定器（SiD）ワークショップが開かれ、参加者はSiD測定器諮問書（LOI）の現状と仕上げ作業の段取りを確認し、LOI後の活動立案に着手した。

SLACのPersis Drell所長は、開会にあたり会議に対してSLACから歓迎の挨拶をおこない、リニアコライダーの科学的意義についてあらためて強調した。ILC実現にむけた米国の取り組みの弱さについて触れ、これを補うため関係方面と努力していくことを述べた。Persisに続いてBarry Barish氏は国際共同設計チームによる技術的進捗を紹介し、各国省庁にたいして2012年に提出する計画提案書に向けての展望について述べた。本会議では、SiD/LOIのサブシステムごとの詳細なレビューが行われ、特に新物理を探索するうえでの解析能力のベンチマーク評価に多くの時間が割かれた。大量のシミュレーションデータの生成と解析がおこなわれ、そのとりまとめ作業が胸突き八丁のところにある。SiD/LOI編集委員の相原博昭、 Phil Burrows、そしてMark Oregliaの三氏が開会、セッションの一部始終に立ち会い、会議の終わりを今後の作業リストで締めくくった。リサーチ・ディレクタの山田作衛氏も電話回線で参加し、国際測定器諮問委員会評価プロセスを説明するとともに、測定器コンセプトの作業に関する今後の展開、GDEと歩調を合わせて測定器関連の提案をどのようにまとめていくのかに関する展望について述べた。（今週のリサーチ・ディレクター・レポートも参照のこと）

オックスフォード大Erik Devetak氏によって500 fb-1のモンテ・カルロから再構築されたトップ質量

プッシュ・プル用のクライオジェニックス(SLAC、Marco Oriunno氏)

LOI執筆にとどまらず、SiDの将来についても話し合われた。スペイン・Santanderに在るCantabria物理研究所のIvan Alvarez氏は、スペイン測定器R&D会議の紹介をおこなった。Michael Peskin氏は、ヒッグズ粒子を研究できる光子-光子コライダーから出発する段階的リニアコライダー計画論で会場の論議を呼んだ。Konrad Elsener氏（CERN）はSiDとCLICリニアコライダーでの測定器の共通点を挙げ、共同研究の活発化を提唱した。Harry Weerts氏は、本会議で参加者が取り組んだSiDにおける重要課題をレビューし、「米国はリニアコライダーへの予算拠出について前向きになってきている」と述べた。終わりに、John Jaros氏が、実験ホールの二つの測定器の「プッシュ・プル」のpush-pullではなくて予算配分の強烈な「引き上げと再配分」という、予算の輝き（ルミノシティ）の枯渇、といった問題にも関わらず、グループの活動を支え続けた現場研究者諸氏に感謝の意を表して、会議を締めくくった。

■ディレクターズ・コーナー

Barry Barish氏

オバマ時代の科学  

「科学にしかるべき地位を再び」とアメリカ合衆国大統領バラック・オバマ氏は就任式で述べた。この言葉は科学コミュニティに希望をもたらし、さらに彼のその後の行動は、アメリカで科学が奨励される新時代がおとずれたということを確信するに足る。一方、今、アメリカや世界中の国々にとって最も重要なことは経済対策で。巨額の経済刺激対策など、新政権の政策のほとんどはそれに関連した法案である。経済刺激策に加えて、オバマ政権は政府高官に著名な科学者を多く任命している。このような変化がどのようにアメリカの科学、こと高エネルギー物理、ひいてはILCに影響を与えるかについて考察してみたい。

アメリカ合衆国エネルギー省で演説するバラック・オバマ大統領（2009年2月）写真：Whitehouse.gov

まず第一に、科学政策に関して顕著な変化が現れはじめている。幹細胞研究を規制する政策は180度方向転換し、また、環境問題を正面からとらえ、家屋や連邦機関建築物のエネルギー効率化への投資や低燃費車の奨励政策など、エネルギーを最重要項目と位置付けている。こうした具体政策に加え、大統領は科学者の意見に耳を傾け、科学を政策の基盤としていくことについて、いろいろな面から明らかにしつつある。

大統領科学技術顧問John Holdren氏

オバマ氏の科学政策方面での人事は特筆に値する。まず、大統領科学技術顧問でホワイトハウス科学技術策室長となったJohn Holdren氏はスタンフォード大でプラズマ物理で博士号を取得、パグウオッシュ会議が1995年にノーベル平和賞受賞したさいの受賞講演を行った人で、近年ではエネルギー政策に重点を置いた科学政策で著名なリーダーである。

オバマ政権は国立科学財団ほか連邦科学機関の予算を2倍にすると発表し、エネルギー省長官に著名な科学者Steven Chu博士を任命するなど、物理科学への強力な支援の姿勢を示している。Chu氏はレーザー光を使った原子の冷却と捕獲の研究で1997年にノーベル物理学賞を受賞、2004年にローレンス・バークレー国立研究所所長となり、地球温暖化の対策としての代替エネルギー研究の強力な推進者である。この経歴と指向性は新政権が必要とする人材によく適合しており、基礎研究における支援も期待できる。

エネルギー省長官Steven Chu氏とオバマ大統領　写真：Whitehouse.gov

7870億ドルの経済刺激パッケージの中心テーマは、雇用を創出し、経済を安定化し、経済の長期安定成長に資する分野を選び、集中投資を行うことにある。この法案には医療、物理科学の両分野での多額の投資も盛り込まれている。エネルギー省の科学局は刺激策で16億ドルを割り当てられている。これには高エネルギー物理学への予算が含まれる可能性があり、そうなれば、SLACやFermilabでの高エネルギー物理研究を、活性化させることができる。刺激策はILCへの直接的な予算は含まれていないが、SLACやFermilabへの投資からは間接効果が期待できる、と言うことができる。最後に、最近可決された2009年度一括法案は、正規予算が未成立の状況で現会計年度の予算執行を暫定的に運用してきた「予算継続決議」を終わらせ、ILC R&D予算の執行を全面的に再開するものである。最後に、また長期的視点からもっとも重要なこととして、オバマ政権の2010年度とそれ以降の予算案に、科学重視の姿勢を見いだし、私たちは多いに意を強くすることろである。ILCの技術設計フェーズの期間中、安定した米国R&D予算が見込むことができるからである。

ILCプロジェクト提案を準備するあいだ、アメリカがこの野心的な加速器建設にむけた国際協力になぜ参加すべきかを新政権に伝え、理解を得るのは、私たち次第であろう。

最近議会で承認された刺激策の一部に科学支援が盛り込まれ、科学研究推進が新政権の政策プログラムのなかで有望視される、といったことが、この困難な経済状況のなかで浮かび上がってきたのはやや皮肉なことではある。しかしながら、これはそれほど驚くべきことではない。不況の始まるずっと以前から、物理科学への投資を強化しようという方向性はすでに定まっていた。これは影響力のある全米科学アカデミー報告書の「強まる嵐をこえて」という言葉に象徴される。私たちは、これまでも、国家の繁栄のために科学を奨励することは、裕福な時にも不景気な時にも同等に重要であるということを主張してきた。新政権のこれまでの行動によれば、この科学推進の意味をワシントンは正確に理解している、ということができるだろう。 

■カレンダー

今後の会議

Joint ACFA Physics and Detector Workshop and GDE Meeting on International Linear Collider
(TILC09) 
Tsukuba, Japan
17-21 April 2009

Particle Accelerator Conference 2009 (PAC09) 
Vancouver, Canada
4-8 May 2009

今後のスクール

Spring School on Strings, Cosmology and Particles (SSSCP2009) 
Belgrade, Serbia
31 March - 4 April 2009

School on Calorimetry at the International Linear Collider 
China Center of Advanced Science and Technology, Beijing, China
22-26 April 2009

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■ニュース記事

From Nature 19 March 2009 編集記：穴埋め 科学ジャーナリズムの衰退のときには、科学者自身が行動を起こさなくてはならない。  英文記事

From Interactions 18 March 2009 FermilabのCDF研究者を驚かす新粒子 イリノイ州Bataviaにて。米国エネルギー省フェルミ国立加速器研究書CDFの実験グループは、3月17日、予期されていなかった粒子の発見と、これがクォークが結びついてハドロンを構成するさいの新しいパターンの可能性があることを発表した。  英文記事

From Symmetry Breaking 16 March 2009 SuperBの前進 この次世代加速器提案の準備はすでにかなり進んでおり、イタリア政府への提出は年内に行われることになっている。この国際プロジェクトに集まった150人の研究者の多くはBaBar実験への参加者である。 英文記事

From Interactions.org 13 March 2009 Fermilab、ヒッグズ粒子質量範囲さらに狭まる ヒッグズ粒子検出の感度を高めるため、CDF とDZeroの科学者たちはそれぞれの結果をもちより、有効データ量を2倍にした。 英文記事

From AFP 13 March 2009 「ビッグバン」衛星打ち上げ延期 宇宙の謎解明を図るHerschelとPlanckという二つの欧州科学望遠鏡の打ち上げが、予定の4月16日より数週間遅れる。 仏語記事

From Interactions.org 13 March 2009 CERN、WWWの20周年を祝う Tim Berners-Lee氏によるWebの発明やWebの発展をもたらした精神が、いまもCERNに引き継がれていることを嬉しく思う。 英文記事

From BBC 12 March 2009 EUには厳しい科学的視点が必要 ．．欧州委員会の科学支援事業を統括するのは、共同研究センターである。Beddington教授は、センターは素晴らしい仕事をしている、と言う。しかし教授は、センターは、先見の明に根ざした、政策決定者がかならずしも聞きたくないような厳しい視点からのアドバイスができていない、とBBCに語った。 英文記事

From New Scientist 11 March 2009 オバマの科学政策を追う欧州 これは喜ばしいことであると同時に、欧州にとっては目を覚ますべき時がきたことを示してもいる。 英文記事

■アナウンス

arXiv preprints
0903.2366 
Frequency of Positron Helicity Reversal 

EUROTeV Reports
2008-022 
Beam Dynamics Using the Stream Processing Code GPMAD

2008-055 
Orbit Correction Optimisations for the ATF2 Final Focus

2008-056 
Towards Sub-Micrometer Resolution of Single Shot Strip Line BPM

2008-057 
ILC DR Vacuum Design and e-Cloud

2008-058 
Study of Ion Induced Pressure Instability in the ILC Positron Damping Ring

2008-059 
Results of the EUROTeV Confocal Beam-Position Monitor (CBPM )Task

2008-060 
Bench Characterization of the Precision Beam Position Monitor

2008-061 
Precision Beam Position Monitor Beam Tests

■今週のイメージ

Fermilab、ヒッグズ粒子質量範囲に制限

ヒッグズ粒子検出の感度を高めるため、CDF とDZeroの研究者たちは、双方のテバトロン分析結果を掛け合わせた。ヒッグズ粒子はまだ発見されていないが、今日発表された結果では、ヒッグズ粒子の質量は95パーセントの確率で160と170 GeV/c²の間であると言う。写真：Fermilab

英文記事

ILC NewsLine 2009年3月12日号

■電子雲特集へようこそ

英語にはEvery cloud has a silver lining（どんな雲も裏は太陽の光の中で銀色に輝いている：人間万事塞翁が馬）ということわざがあるが、さらに上着の生地—コーティング―がついている雲もある。今週のILC NewsLineは、ILCの科学者やエンジニアたちの、ILCダンピングリングで生成される厄介な「電子雲」への挑戦に迫る。ディレクターズ・コーナーではこの分野の研究の全貌概要を説明、プロファイルではダンピングリングのグループリーダー、Susanna Guiducci氏を紹介、また加速器としては全く別のタイプのものだが同様の課題に挑戦しているCERNの電子雲研究の専門家にも話を聞いた。電子雲については過去の記事も参照あれ。

■プロファイル

ILCダンピングリングのグループリーダー、Susanna Guiducci氏のプロファイル

Susanna Guiducci氏は五里霧中、いや五里雲中である。しかし、雲といっても、電子雲のことだ。（ときには彼女は、拠点であるINFN-LNFがある、ローマ南部のフラスカチの丘の雲に囲まれていたりするのだけれど。）彼女はILC技術設計フェーズの研究開発項目の要であるダンピングリンググループのリーダーになったばかりだが、電子陽電子加速器の研究に長年取り組み、過去10年はダンピングリングに携わってきた。そういった経歴のおかげで、ILCダンピングリングにおける問題点が彼女には明瞭に見えてしまうのだが、それでも彼女には自信がある。「ダンピングリングで設定されているパラメーターは実現可能なものであると信じています。」 

ダンピングリングのグループリーダーのSusanna Guiducci氏

より沢山のデータを得て物理分析ができるようにするためには、ILCは電子・陽電子の衝突頻度をできるだけ高くする必要がある。そのためには、ビーム中の陽電子あるいは電子は、できるだけコンパクトなバンチにまとまる必要があり、また、そうしたバンチは次々に短い間隔で飛ばなければならない。例えば水を蒸発させて湯煙同士を衝突させるのと、高圧ホースから飛び出す水流同士を衝突させるのとを考えてみれば、どちらほうが、水分子がより多く衝突し合うかがわかるだろう。ダンピングリングの仕事は、電子・陽電子のバンチを可能な限り小さくしてから主線形加速器に送り込むことにある。ビームバンチは主線形加速器で加速され、ILC施設の中央部で衝突反応を起こす。

ここで問題となるのは、収束時にダンピングリングではウィグラーが使われ、磁石が粒子を蛇行させるので、シンクロトロン放射光としてエネルギーが失われることだ。シンクロトロン放射光の光は、ビームパイプの内表面にぶつかるとそこから電子を弾き出す。こうした電子は陽電子ビームの通過のときまた加速され、これがビームパイプ内表にぶつかってさらに電子が弾き出され、ということが繰り返し、結果として電子雲が発生する。この電子雲がダンピング効果を妨げ、ビームサイズを広げてしまう。そこで、世界各地から20人あまりの研究者が集まり、この電子雲の生成を阻止しようと研究している。Guiducci氏は、このチームをまとめているのである。

生粋のローマっ子であるGuiducci氏は、ローマで素粒子物理を勉強し、DESYで博士論文の仕事の一部を行ってから、加速器物理に転じた。「ラテン語やギリシャ語の古典の勉強もしましたが、いつも学校で学ぶ数学に惹かれていました」とGuiducci氏。物理を選択することは彼女にとって自然なことで、博士号取得の後は、イタリア研究機構INFNのFrascati研究所に勤務し、電子陽電子コライダーADONEで研究。1999年からは2つの貯蔵リングと2本の線形区間からなる DAFNEで働き、ファイ（f）中間子を生成する1GeVの衝突実験で、CP対称性の破れ、つまり宇宙はなぜ反物質ではなく物質でできているのか、について研究した。Guiducci氏はf中間子というよりは、貯蔵リングの中のビームの振る舞い、「ビーム光学」と力学により関心をよせている。「私は初期からDAFNEに関わっていました。提案書からレイアウト、立ち上げ、運転、そしてアップグレードまで経験しました。」今でもまだ、この年季の入ったDAFNEの加速器で、数ヶ月に一回、一週間の運転シフトを担当している。

彼女とダンピングリングとの出会いは、1999年にILCの先駆けとなったTESLAの技術設計書をまとめた時にさかのぼる。ILC計画にも初期から関わっており、2004年にKEKで開催された第一回ILC会議に参加、基準設計報告書、そして今の工学設計報告書に携わってきた。今後３年のうちに工学設計報告書が書かれるが、その前にしなければならない、ファースト・キッカーや電子雲低減のための研究開発などたくさんの課題項目が、Guiducci氏の頭の中にはある。「いつも一番難しいのは、コストを最低限に抑えながら、最大限の成果を得ることです」という。あるチームは電子が光子によって弾き出されることがないように、真空パイプの内部表面に特別なコーティングを施すことを追求しており、また真空パイプ内表面に溝をつけることを研究している別のチームもある。「二極磁石部分では、電子雲が滞留してしまうのを避けるため、アンテチェンバーと呼ばれる、放射光を受け止める側室を備えた形状の真空パイプを導入するようなことになるかもしれません」と説明する。「コスト面での影響が無視できないかもしれません。まだ究明しなければならないことがたくさんありますが、電子雲を押さえ込むことができると信じています！」 

■特集記事

ビームパイプの大掃除

CERN加速器の電子雲問題への取り組み

厄介な電子雲に取り組んでいるのは、ILCだけではない。CERNの大型ハドロンコライダー（LHC）も同じ問題を抱えている。CERNの二つの前段加速器、PSとSPSでは電子雲の蓄積を抑制したり制御したりする、いくつかの手法をすでに確立している。その手法のうちの一つを「洗浄」という。その意味するところはそのままで、ビームパイプの内側を洗浄するものだ。ただしバケツや雑巾、洗剤で洗浄するわけではない。加速器が耐えうる最高強度のビームを長時間通すことで、真空パイプの内表面をきれいにするのである 

LHCでの光子ビームによって蓄積される電子雲のシミュレーション。アニメーションでは、10本の連続したビームバンチが赤い跡を残していくのが見られる。このシミュレーションはECLOUDプログラムを使って1997年にOliver Brüning氏が行った。仮定した最大二次電子放出率は1.7、空間電荷効果は考慮しない。

CERNで電子雲と格闘しているFrank Zimmermann氏。 Frank Zimmermann pushes electron clouds at CERN.

高いエネルギーの陽子は軽い電子のようには軌道を乱されたりしないため、LHCでの電子雲の影響としては、ILCのようなビームサイズへの悪影響が問題になるわけではない。LHCで問題になるのは、電子雲が超伝導磁石の入り口にあるビーム遮蔽にぶつかることで発生する熱負荷である。冷却装置で対処しきれないほど熱負荷が高くなると、最悪の場合、磁石はクェンチを起こし、その結果ビームが失われてしまう。

常温で運転する前段加速器でも、同様の問題が起きている。LHCの先代加速器であるLEPにビームを供給していた時には電子雲の問題は無かったのだが、今は電子雲によって引き起こされるビーム不安定性に悩まされるようになった。「LHC用のビームをPSやSPSに流した時にだけ電子雲の影響が現れるのです」とCERNのビーム部門電子雲研究の専門家、Frank Zimmermann氏はいう。バンチが大強度であること、25ナノ秒間隔で通過すること、そしてバンチが通過するビームパイプの断面の形－これらの状況が、電子雲の発生のために最適な条件となっている。無論、電子雲を回避したい加速器関係者にとっては一番都合の悪い条件、というわけである。25ナノ秒のバンチ間隔のおかげで、最初のバンチからの放射光でビームパイプ内壁からたたき出された電子は、次のバンチによる電磁場によってちょうどよいタイミングでビーム軸に向かって垂直方向に引っ張られ、ビーム軸を通りすぎて反対側のビームパイプ内壁に衝突し、そこで電子がさらにたたき出され、ということが繰り返されるのである。

真空度の低下、ビームの不安定性、熱負荷などこれらの全てはビームの品質低下またはビームの損失増加につながる。SPSはLHCのための陽子ビームを蓄積するほかに、CERNのプレバッサンサイトでの固定標的実験にビームを送る仕事もしている。「電子雲が蓄積されると、これらのビームが干渉し合う可能性があります」とZimmermann氏。これが時折加速器を「洗浄」しなくてはならない理由である。「ビームパイプの内で何かが起こっているのです。炭素が蓄積していっているようにも見えますが、何なのか、正確にはわかりません。しかし対症療法としてはたしかに効果はあり、電子雲の程度が減少するのです。」もっとも、不思議なことに、加速器の運転が一週間ほど停止した後には、電子雲が増加する、という現象もあるのだが。

「洗浄」以外にも対策はある。例えば、超伝導磁石をビームライン上を15メートルごとに保護しているビームスクリーンは、500ナノメートルごとに溝構造をもち、これで放射光を反射せずに受け止め、電子放出を防ぐことができる。リングのうち約80%だけが摂氏マイナス271度に冷却されており、残りの20%の部分では数度温度が高いが、そうした部分については、NEG(非蒸発ゲッター)タイプの真空ポンプまたはコーティングが開発されている。活性化されたNEGは残留ガスの吸着に有効であると当時に、二次電子放出率も低く抑えることができる。

これからの数年のあいだは、電子雲はLHCにとって問題ではない。しかし、数年後、バンチ数が3000に到達するころには状況は深刻になるだろう、とZimmermann氏は言う。LHCにルミノシティ・アップグレードを行ったsLHC (‘super LHC’) では、バンチ数は一定のままか、もしくは半分ぐらいまで少なくなる可能性もあり、電子雲の影響も制御可能な範囲と推測されている。sLHC計画の初期の構想ではバンチ間隔を12.5ナノセカンドにし、バンチ数を3000から6000にまで増加する事が検討されたが、熱負担が大きすぎるとの理由から、このアイディアは2006年に棄却された。

前段加速器もまた大幅な再点検が必要になる。新規の超伝導陽子リニアック（SPL）やPSの後継機であるPS2によって、以前より高いエネルギーでのビーム入射エネルギーが得られることになっている。「普通はエネルギーが高いほどビーム関係の問題は少なくなる、と言われます」とZimmermann氏。「しかし、陽子ビームは高エネルギーで小さくなりますので、電子に及ぼされる力が強くなり、電子雲で引き起こされるSPSでの単バンチ不安定性が、入射時にとても大きくなる、ということがあるのです。」

そのときまでに、この新コーティングとスクラッピング技術によって主な問題点について解決したいとチームは考えている。ブラックメタルや炭素を含む他の物質は、一次電子からの二次電子の生成量を減らせることがわかってきている。一次電子をも抑えることができる方法があるかもしれないが、どちらにせよそれはLHCの前段加速器にはあまり関係がない。こうした新しいコーティング技術は今SPSのアップグレードのために開発中で、CLICリニアコライダーやILCへの適用が議論されている。コーネル大学のCesrTAプロジェクトで計画されているテストで、電子ビーム加速器に使ったときどうなるかを見ることができるだろう。また電子雲の測定・診断装置も常に改良されており、加速器研究者が電子雲についての理解を深めるのによいツールとなるだろう。

現実問題としては、ビームをLHCに戻すことがまず先決だ。「電子雲が発生するようなビーム強度に達する事ができればうれしいですよ」とZimmermann氏。これには3〜4年間は必要、と彼は考えている。

■ディレクターズ・コーナー

ILCダンピングリングと電子雲の抑制

Barry Barish

今週のILC NewsLineは、ILCと他の将来加速器での電子雲の抑制という、一つのテーマに絞って編集されている。工学設計フェーズでのILC研究開発での目標として最も大切なものの中に、ダンピングリングにおいての電子雲の抑制をはかり、陽電子ダンピングリングでのエミッタンスに問題がないことを実証する、という課題がある。我々のダンピングリング・グループは、最近までAndy Wolski 氏(Liverpool大学Cockcroft Institute)が率いてきた、広範なメンバーからなるコラボレーションで、現在は今週のNewsLineにも紹介されているSusanna Guiducci 氏(INFN – LNF)に引き継がれている。電子雲の影響に関する研究開発は、ILCのみならず他の将来加速器にとっても重要なので、それに関係する記事もある。本稿では、ILCでの問題と、研究開発プログラムの状況と計画について述べよう。

周長6.7キロメートルのダンピングリングで、電子雲による、シングルバンチ不安定性によって、周回数の関数としてどれほどのエミッタンス増大が起こるかのシミュレーション結果。計算は、四通りの電子雲密度（1立方メートルあたりの電子数）を仮定しておこなった。

リング曲線部での電子雲の蓄積の様子（電子雲密度を時間の関数としてプロット）。電子雲除去のための電極に印加する電圧が高いと、電子雲の生成が抑制されることがわかる。

ILCの低エミッタンスのダンピングリングは、バンチ間隔が小さいため（〜6ナノセカンド）、ビームの入射取出用の高速キッカー磁石や、電子雲による陽電子ビームの広がり、といった課題が発生し、設計者の悩みの種である。ビームから出る放射光がビームパイプにぶつかることで、まず、電子がたたき出される。電子雲は、この電子が、陽電子ビームによる電磁場に引き寄せられ、そのままビームパイプ内にまたぶつかって二次電子放出を起こし、といった現象が繰り返しおこることで生成する。この電子雲が、バンチ不安定性のもととなり、陽電子ビームのエミッタンスが大きくなるなどの悪影響を及ぼすのである。

われわれは電子雲を抑制するために、パイプ内部の表面にコーティングを施す、表面に溝をつける、また広範囲に電極を差し込むなど、複数の対策を考えている。過去には電子雲の問題を回避するには陽電子ダンピングリングは二台必要と考えられたときもあったが、シミュレーションの結果、周長6.7キロメートルの陽電子ダンピングリングならば一台だけで済む、というのが現在の理解である。しかしながら、これらの対策にはILCの前に、実験的な検証・理解が必要である。これが我々の進行中研究開発プログラムの趣旨である。

研究開発の一環として、PEP-IIやKEK-Bでの電子雲試験を参考にするとともに、私たちは、コーネル大学のCESR加速器を改造しておこなうCesrTAプログラムで、ILCダンピングリングにより近い条件下での超低エミッタンスのビームダイナミクス研究の場を得て、電子雲の問題の実験的研究に取り組んでいる。これによって、中間的な条件のデータを得ることで、シミュレーションの結果をILCに当てはめるに際して、より確信をもっておこなえることを狙うのである。

Vこれまでに、KEKBでは電磁石の中に極薄（0.1ミリメートルのタングステン）の電子除去電極を挿入することで有望な結果を得ており、この研究はKEKグループが参加しつつCesrTAでも続けられることになっている。300ボルトほどのの電圧を電極に印加することで、電子雲の生成を、十分の一から百分の一まで減らすことができた。

KEKBでの電子除去電極の試験

電子雲研究のため、ディスパージョンがゼロの直線領域に設置されたCesrTAウィグラー。

おわりに、野心的な電子雲関連の実験が進行しつつあるコーネル大学のCesrTA施設について触れたい。昨年は、超低エミッタンス運転のために12台のダンピングウィグラーが、ディスパージョンがゼロ（ディスパージョン・ゼロとは、加速器の専門用語で、ビームエネルギーに変位があってもビームの横方向位置の変わらないような部分のことを指す）の箇所に設置する、という改造工事が行われた。また、電子雲抑制や測定のための仕掛けを組み込んだ真空システム、各種試験機材を導入するためのセクション、4ns間隔で複数バンチを入射するための入射システムなどが設けられた。CesrTAでは、これらを使い、20ピコメートルの縦方向ビームエミッタンスの実現、そのような小サイズのビームを測定するためのX-線モニタの開発。そして電子雲の研究を行うことを目的としている。これらは全てILCにとって非常に大切であると同時に、将来加速器一般に対して有用なもので、私たちはその結果に期待している。ILCダンピングリング研究開発プログラムは、GDEのような世界規模のコラボレーションが、いかに加速器物理分野での優秀な人材を世界から動員できるかの一例と言えよう。

■カレンダー

今後の会議
Technology and Instrumentation in Particle Physics (TIPP09) 
Epocal Tsukuba, Tsukuba, Japan
12-17 March 2009

Joint ACFA Physics and Detector Workshop and GDE Meeting on International Linear Collider
(TILC09) 
Tsukuba, Japan
17-21 April 2009

今後のスクール
Spring School on Strings, Cosmology and Particles (SSSCP2009) 
Belgrade, Serbia
31 March - 4 April 2009

School on Calorimetry at the International Linear Collider 
China Center of Advanced Science and Technology, Beijing, China
22-26 April 2009

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■ニュース記事

From Interactions 11 March 2009 Wボゾン質量の精密測定により、ヒッグズ粒子質量の予測範囲にさらに制限 米国フェルミ国立加速器研究所のDZero研究者たちは、単一実験としては世界で最も高精度でWボゾン質量を測定することに成功した。 英文記事

From Fermilab 9 March 2009 フェルミラボのコライダーは希少なシングルトップクォーク事象を観測 米国フェルミ国立加速器研究所のCDFとDZeroの共同研究者たちは、シングルトップクォークが粒子衝突中に生成されたのを発見した。 英文記事

From Cern Bulletin 9 March 2009 癌治療にクリスタル 「これは、素粒子物理から医療への直接的な技術移転の、大変素晴らしい例です。ポルトガルではポジトロン放出断層撮影装置（PET）と呼ばれる、乳がん診断に使用されるこの新しい画像診断システムの臨床試験が、始まっています。」 英文記事

From Cern Bulletin 9 March 2009 LHCの最新情報 「先週、米国の研究所FNALやBNL、ドイツの研究所DESYやITERなどの世界中の高エネルギー物理学の専門家を集めたパネルで、Enhanced Quench Protection システムのレビューが行われた。 英文記事

From DESY inForm 5 March 2009 FLASHがATCAを試験 加速器のデータ通信技術 英文記事 ■アナウンス arXiv preprints 0903.1616  FLASH Beam-Off RF Measurements and Analyses 0903.1608  Simulating Hard Rigid Bodies 0903.1383  Neutral Higgs Boson Pair-Production and Trilinear Self-Couplings in the MSSM at ILC and CLIC Energies 0903.1143  Top Quark Physics at the ILC: Methods and Meanings 0903.0804  Latest Beam Test Results of the FONT4 ILC Intra-train Feedback System Prototype 0903.0490  One-loop Electro-Weak Corrections to the Event Orientation of e+e- into 3 jet Processes 0903.0434  The Gamma-Gamma Interaction : A Critical Test of the Standard Model 0902.4830  New results for loop integrals: AMBRE, CSectors, hexagon

■今週のイメージ

CesrTAから（ほぼ）ライブ

コーネル大学の貯蔵リングCESRは素粒子物理光源であるとともに、ILCダンピングリングのための試験加速器でもあり、チームは今、加速器のセットアップの最中である。上は1月のコントロールルームでの写真（左から：Mike Billing氏、Robert Meller氏、Vildan Omanovic氏、そして Dmitry Teytelman氏）。下は電子と陽電子ビームのチューンシフトデータのグラフ 。

ILC NewsLine 2009年3月5日号

■特集記事

未来設計

理論家と実験家が、将来加速器について話し合うためCERNに集合

(Mapping the future:Theorists and experimentalists meet at CERN to discuss future colliders)

物理学者は、物理について議論するとき、「ランドスケープ（風景、地平）」という言葉をよく口にする。標準模型でよく吟味されてきた既知の領域があり、欧州原子核研究機構（CERN）で秋に運転再開する大型ハドロン衝突加速器（LHC：Large Hadron Collider）がやがて明かにする、テラ・エネルギーと呼ばれる新天地がある。LHCの陽子衝突実験では、予想通りかあるいは予想を覆す様々な実験結果が得られるだろうが、そのさらなる研究のためには次の加速器が必要となる。この二月、このランドスケープについて話し合うため、100名あまりの理論家と実験家が三週間のあいだCERNに集まった。LHCで期待されるランドスケープを概観し、今後の実験でとるべき研究戦略を立てるためである。

未知の領域に乗り込むLHC―他の加速器もそれを追う

CERN理論研究所はCLIC試験施設も訪れた

「LHC から次世代コライダーへ」と題してCERNで行われた理論ワークショップで検討対象となった将来計画の一つが国際リニアコライダー（ILC）である。他のプロジェクトとしては、LHCのルミノシティアップグレードである「sLHC」、CLIC（Compact Linear Collider）、ミュー粒子コライダー、LHCの電子陽子衝突型化である「LHeC」、エネルギーを二倍にする「DLHC」がある。理論家が6割、実験家・加速器専門家が4割を占めた参加者は、LHCで得られる実験結果に応じて、将来加速器の展開シナリオがいかに規定されるのかを何通りも検討した。「将来加速器の展開を決めるには、LHCからの実験データが欠かせません」と、英国Durham大学所属で、この理論研究所のオーガナイザーの一人であるGeorg Weiglein氏。「ですが、LHCのデータが出て、数ある中から特定の物理ランドスケープに絞ることができ次第、次の段階へ素早く移行しなければなりません。」  

FLHCの陽子‐陽子衝突実験の結果に応じて想定できる4つのシナリオを、4つのワーキンググループが議論した。「10 inverse-femtobarns（10 ×10^-39 cm²）分のきちんとしたデータがあれば、シナリオの絞り込みを始められると考えています。それは、一年間LHCが最高エネルギーで稼働して達成できる値です」とスペインのカンタブリア物理研究所（a CSIC lab：Instituto de Física de Cantabria )所属でオーガナイザーの一人であるSven Heinemeyer氏は語る。この初期段階でLHCがヒッグス粒子を検出したときのシナリオや、または検出できない場合のシナリオなどについて話し合った。（「検出できない、といっても、標準モデルで予測したのとは異なったかたちでヒッグス粒子が存在する、という場合があります。あるいは、ヒッグス粒子なるものは実際には存在せず、代わりに、新しい物理がある、という場合もあります」とWeiglein氏は言う。）衝突反応の解析からエネルギー欠損がみつかる（測定器で直接検出できない粒子がエネルギーを運び去っている）場合には、超対称性理論が正しいという兆候が得られたことになる。あるいはLHCでこれまで予想していなかった現象が観測される、というケースもある。これらも、新しい物理が開けていく、というシナリオであり、これにどのように対応していくべきか、の検討対象となった。そこでは理論一辺倒の議論だけではなく、どのような加速器技術が適用できるのかについて、実験家が理論家を啓蒙する、ということも行われた。「普段はバンチ間隔などということを気にしてこなかったのですが、このたびは、色々勉強になりました」とCERNからのオーガナイザー、James Wells氏は云う。

仮に初期データから軽いヒッグス粒子の候補が得られた場合、ILCのような電子陽電子衝突加速器の意義は極めて大きいものになる。このようなヒッグス粒子の最終的な同定と性質の精査はILCではじめて可能だからである。ILCではまた、LHCでは詰め切れないヒッグス粒子の振る舞いに関する標準モデルからのズレ、といったことも調べることができる。「検討した四つのシナリオのどれを取っても、LHCのあと500GeV程度のリニアコライダーが必要、という議論は大きな説得力をもっています。ヒッグス粒子の兆候が見えない、という二番目のシナリオであっても、そうです」とWeiglein氏は締めくくる。「しかし、加速器オプションに関して他にもたくさん考えられることも事実で、物理の観点からはどれも興味深いものです。」オーガナイザーたちは一年ほどのうちに、これらのシナリオについての研究結果を、CERNの「黄表紙レポート」(Yellow Report)として出版する予定だ。 

■世界の各地より

測定器研究者たちが韓国に集う

（Detector developers meet in Korea）

二月の中旬、世界各地からの測定器科学者たちが、韓国で開催された二つの測定器会議に集った。2月16～18日にソウル市の梨花 キャンパスで開かれたILD (International Large Detector)ワークショップと、2月19～20日のDaegu市慶北国立大学のCALICE (Calorimeter for the Linear Collider Experiment)春期会議だ。 

韓国ソウル市Ewha キャンパスでのILCワークショップ参加者のグループ写真

LOI執筆から休憩をとって夕食

ILDワークショップの目的は、ILD測定器の趣意書（LOI）の準備、議論、そして執筆である。この趣意書は3月末日までにILC委員長とその諮問グループIDAGに提出される。

ILDグループは、2007年6月にアジアのGLD (Global Large Detector)と欧州のLDC (Large Detector Concept)が合体して、発足した。ガスを使った大型トラッキング測定器（タイム・プロジェクション・チャンバー）と、粒子フローアルゴリズムで最適化されたカロリメトリーで構成される測定器を提案している。ILD測定器のパラメータ決定に焦点をあてた前回の英国ケンブリッジでの会議に続き、今回のソウル会議では趣意書についての議論をさらに深めた。「LOI原稿の約4分の3が完成しています」とILDの運営委員の山本均氏。「趣意書のレビューも始めました。一般事項、物理パフォーマンスと測定器最適化、サブ測定器設計と研究開発、そして加速器測定器インターフェースなどのトピックにレビューアを任命しました」。

開催国の韓国は、シリコンおよびシンチレーターに基づく電磁カロリメータの日韓共同研究開発に力を注いでいる。韓国グループはこれを、ハドロンカロリメータの国際協力研究開発へ発展させたいという。「この研究開発での進捗には大変満足しています」とILCワークショップのオーガナイザー、DongHee Kim氏。「電磁カロリメータ処理回路のプロトタイプを二つ開発しました。韓国製シンチレーターストリップの品質は随分と良くなってきています。」またこの韓国で開かれた会議を契機に、国内での研究活動を活性化させたり、一般の人の科学に対する理解を深めることができ、大変喜んでいるとも述べた。CALICE会議と韓国の活躍については次回以降のILC NewsLineにて。 

■ディレクターズ・コーナー

新ILC研究開発計画

（ILC R&D plan updated）

Barry Barish氏

ILCの研究開発計画：技術設計フェーズ3

現在の国際共同設計チーム（GDE）の活動は、2012年までの4年間を、ILC建設プロジェクトを参入政府に提案するための準備期間と位置付けている。この研究開発プログラムについての技術的説明を行っているのが「ILC工学設計フェーズにおける研究開発計画（ILC Research and Development Plan for the Technical Design Phase）」である。これはいわば「現在進行形」のドキュメントであって、プログラムの説明、目標、リソースを最新に保つため、6ヶ月毎に更新されている。この第3版が、この二月に発行された。内容更新に加え、活動説明にも加筆が行われている。

2012年への準備のために、技術的な研究開発目標に到達し、コスト面でも技術面でも2012年までに準備を整えるため、私たちはR&Dを推し進め、技術的に妥当で信頼できるコスト評価を伴った技術設計を完成する必要がある。このゴールに向けマーク・ロス (Fermilab)、ニック・ウォーカー(DESY)、そして 山本 明 (KEK)の3氏のプロジェクト・マネジャーが選任され、作業が行われてきたのである。さらに、計画建設の運営、協力、予算管理、工業化など、ILC実現に向けての政府間協力で必要な事項を網羅するプロジェクト実施計画の策定への取り組みも始めた。技術面においては、リソースが限られているということにも注意し、研究開発プログラムに優先順位付けをおこない、コスト低減やパフォーマンス対リスク分析の作業についても記載した。新研究開発計画書に追加されたのは、こうしたプログラムに関する記述である。 

SCRFシステムのプロジェクト・マネジャー、山本明氏（KEK）

一般施設のプロジェクト・マネジャー、Marc Ross氏（Fermilab）

加速器システムのプロジェクト・マネジャー、Nick Walker氏（DESY）

このレポートの研究開発の章には、山本明氏が取りまとめている超伝導RF技術に関する必須研究開発目標、リソース、スケジュールについて論ずるセクションがある。そこでは空洞加速電界に関する試験項目がリストアップされており、2010年の技術設計フェーズ1の最後に運転加速電界を決定する時点までに得られているはずの技術情報の見通しが記述されている。また空洞システムの総合組み立てや、「S2」と呼ばれる試験建設に向けての開発方針も書かれてある。S2試験施設とは「1台のモジュレータで運転される1台のクライストロンからのRF電力が、RF分配システムを経由して3台のクライオモジュールに分配され、全26台の空洞を運転する、というILC線形加速器の一基本ユニット」の試験施設を指す。三台のクライオモジュールのうち二台には空洞が9台、一台には空洞が8台とビーム収束用の四極超伝導磁石一台がおさめられている。目標とするのは、フルビーム電流のもと、Q0値10¹⁰、平均加速電界31.5MV/mでこれらの空洞の運転をデモンストレーションすることである。現在の見通しでは、この試験の実現は2012年以降の研究開発プログラムに持ち越される見込みであるが、それでも、ILCの建設に先だって行われるはずである。

もうひとつのキー項目に、加速器設計やコスト削減についての体系的研究がある。基本的な作業方針はRDRに定めた加速器設計において、コスト推進要因となっている部分を詳細に見直すことに注力し、2010年の工学設計フェーズ1が終了する時点で標準設計の見直しを図ることである。工学設計フェーズ2では、全世界的に工学的・技術的なリソースが増加すると考えており、新しい標準設計のさらなる概念的工学設計を進めることが可能となるであろう。そして、フェーズ2の終了までに、説得力あるVALUE評価を新たにとりまとめ、工学設計報告書(TDR:technical design report)の提出が可能になると考えている。これらの活動には、一般施設建設及び建設サイトの検討が含まれており、ここでのコスト削減が特に期待される。トンネルを１本にするか2本にするか、サイトの深度、また冷却水システム、RF電力の分配や実験ホールの大きさ、地下機材室、アクセスのし易さなど工学的な課題が検討対象である。最後に、加速器システム全般が検討され、特に（通称minimum machineと呼ばれている）コスト低減化方策の数々が図られる予定だ。

このプログラムは野心的でリソースも限られてはいるが、更新された計画内容は昨年策定された大枠を引き継いでいる。設定された目標はおおむね現実的なものと考えているが、実際の活動が行われる研究機関で別の仕事が優先する可能性がある、という意味での不確定さもある。FALCや主要研究所の所長とより公式な了解をとり結ぶことによって、状況を改善していきたい。そうした理解と了解を受けることによってはじめて、ILCの必要性がLHCの結果によって科学面で実証される時までに、ILCの計画提案を整えることができると考えるからである。

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

Technology and Instrumentation in Particle Physics (TIPP09)  Epocal Tsukuba, Tsukuba, Japan 12-17 March 2009 Joint ACFA Physics and Detector Workshop and GDE Meeting on International Linear Collider (TILC09)  Tsukuba, Japan 17-21 April 2009 Particle Accelerator Conference 2009 (PAC09)  Vancouver, Canada 4-8 May 2009 今後のスクール Spring School on Strings, Cosmology and Particles (SSSCP2009)  Belgrade, Serbia 31 March - 4 April 2009 School on Calorimetry at the International Linear Collider  China Center of Advanced Science and Technology, Beijing, China 22-26 April 2009

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■ニュース記事より

From Libération 3 March 2009 Au plus près du big-bang Planck, le télescope européen qui sera lancé mi-avril, devrait permettre de retrouver l’enfance de l’Univers par l’analyse du rayonnement fossile émis trois cent mille ans après le big-bang. 仏語記事

From The Times 2 March 2009 宇宙開闢の人の肖像画 Ken Currie 氏による、45年前に宇宙の物質に質量を与えるヒッグズ粒子を提言した教授の肖像画である。 英文記事

From the Cern Bulletin 27 February 2009 LHCの最新ニュース 27台の磁石が完成し、34個の圧力リリースノズルが取り付けられた。 英文記事

■アナウンス

ILCカロリメータスクールに参加を

4月22から26日まで中国北京で開かれる国際リニアコライダーのカロリメトリスクール申込締め切りまで、あと10日となりました。講義内容はILCで使用される測定器で、現在設計中のカロリメータ全般についてです。このスクールは修士レベルの学生を対象としています。基本的には中国の学生を対象としますが、ACFA諸国の方も歓迎します（15人までの枠があります）。出願書と推薦書を3月15日までにYuanning Gao とRoman Poeschlにお送りください。 

ILC Note
2009-049 
Polarimeters and Energy Spectrometers for the ILC Beam Delivery System

arXiv preprints
0902.4665 
Models of Yukawa interaction in the two Higgs doublet model, and their collider phenomenology

0902.4461 
Implications of a Scalar Dark Force for Terrestrial Experiments 

EUROTeV Reports
2008-010 
Development of a High Power Fibre Laser for Laser Based Electron Beam Diagnostics

2008-048 
Beam Impact Studies on ILC Collimators

2008-054 
High Bandwidth Wall Current Monitor

■今週のイメージ

バトン渡し

（Passing the Staffelstab）

歴史ある実験ホールでのバトン渡しとベルの演奏、ステージでのペイント催し：月曜日、DESYではAlbrecht Wagner前所長にお別れを言いHelmut Dosch新所長を迎えた。5年の任期を二期終え、Albrecht Wagner氏は所長（公式には、所長会議議長）の座から退き、Stuttgartにあるマックス・プランク金属研究所の前所長で物性物理学者のHelmut Dosch氏に引き継がれた。この伝達式は1959年に設立されたDESYの設立記念日に合わせて行われた。

英文記事

ILC NewsLine 2009年2月26日号

■世界の各地より

フェルミ研究所とインドの研究所が次世代加速器に向けた協力に合意

（Collaboration between Fermilab, Indian institutions sets stage for future accelerators）

フェルミ研究所所長Pier Oddone氏がDAE事務局長Kakodkar氏にフェルミ研究所のサイン入り写真を手渡している。

インドのインドール市にて（2009年2月10日）。米国エネルギー省のフェルミ加速器研究所（イリノイ州バタビア）は今日、インドの四研究施設と理解覚書に署名をしたと発表した。この覚書は、超伝導加速器や超伝導物質の科学技術分野においてのコラボレーションを設立するためのものだ。

「次世代加速器プロジェクトの早期実現には、国際的な協力が必要です」とフェルミ研究所所長のPier Oddone博士。「この米国とインドの協力で、未来加速器の実現に必要な世界の研究開発協調にも弾みがつくことでしょう。」

2月10日インドのインドール市にて覚書に署名したのは、Oddone博士をはじめ、バーバ原子核研究センター（インド）所長のSrikumar Banerjee博士、可変エネルギーサイクロトロンセンター（インド）所長Bikash Sinha氏、インド大学共同利用加速器センター所長Amit Roy博士、そしてラジャ・ラマナ先端科学センター（インド）所長Vinod C. Sahni博士である。

この覚書の焦点となっているのは、次世代加速器における最先端超伝導加速空洞と関連機材の開発である。加速空洞とは、その中に発生する電場によってビーム粒子を加速する装置だが、超伝導技術をつかうと、この空洞を絶対温度ゼロ近くまで冷却することにより、電気抵抗なしに高周波の加速電場を発生させることができる。こうした空洞を沢山ならべることで、素粒子を効率的に光速ちかくにまで加速させることができるのである。

「フェルミ研究所との共同研究は、この分野の科学研究を行うとともに、この科学研究を行うのに必要な機材を製作する、いう面で、大きな成果を挙げてきました」とインド原子力省のAnil Kadokar博士。「こういった共同研究は、より多くの若者たちに科学事業への参加を促すという利点もあります。相方に資するもの、このコラボレーションを歓迎します。」

今提案されているフェルミ研究所のプロジェクトXなどの加速器は、陽子を加速させるために超伝導RF空洞を使用する。プロジェクトXでは700mにわたって陽子を加速させるもので、その延長はフットボール競技場7個分の長さに相当する。この加速器はフェルミ研究所に既存の加速器群に連結され、量子レベルでの宇宙の構造や極小レベルの物質世界を探ることになる。

「超伝導RFによる粒子加速技術は、次世代加速器にとって大変重要になるでしょう」とOddone氏。「この技術により、ニュートリノ物理や素粒子の精密測定の分野で、次の段階につながる発見が可能になることでしょう。」

フェルミ研究所とインドの研究所は、プロジェクトXなどの計画推進を念頭に、研究、設計、開発、そして建設で協力していく。インドの研究所も、超伝導RF技術を利用する陽子加速器の建設計画を構想している。

フェルミ研究所とインドの研究所は、長期的には国際リニアコライダー（ILC）建設を視野に入れた技術的な知識を発展させていきたいと考えている。プロジェクトXは475の超伝導RF空洞を使用するが、ILCは全長32キロで、電子をかつてないエネルギーまで加速させるために、16,000台の空洞を必要としている。

フェルミ研究所は1985年以来、フェルミ研究所高エネルギー固定標的実験E706、そしてDZeroコライダー実験で、インドの研究所との共同研究を重ねてきた。最近の二年間では、インド研究者は空洞やクライオモジュール設計・製作において、フェルミ研究所と協力してきた。

「国際的なコラボレーションは、広い分野から優秀な人材を集めるだけでなく、欧州LHCのような巨大プロジェクトに必要なリソースを集めるのにも役立ちます」とRRCAT所長のSahni氏。「フェルミ研究所とインド加速器研究所の協力覚書は、人材の糾合育成を更に目指すとともに、長年にわたって培ってきた友好関係の反映でもあります。協力体制により、加速器の超伝導科学で新しい可能性を開拓し、急速な発展を成し遂げることができると確信しています。」

編集後記:

シカゴにある米国エネルギー省フェルミ加速器研究所は、世界最高エネルギーの陽子衝突型加速器、Tevatronを擁する研究機関で、フェルミ研究協力機構（LLC）がエネルギー省との協定のもとで運営している。インド原子力エネルギー省のバーバ原子力研究センター（BARC）は核エネルギー利用のための包括的な研究開発を行う、学際研究機構である。この研究所の研究開発の焦点は、核科学、工学、技術、基礎科学や他の関係する分野である。農業や医療産業での放射線技術応用や発電のための、原子力エネルギー研究を行っている。

ラジャ・ラマナ先端科学センター（RRCAT）は、当初、レーザーと加速器の分野でのBARCの研究活動を拡張するために設立されたもので、二つの光源加速器が稼働している。RRCATは、1987年春にインド原子力エネルギー省に属する独立研究機関となっている。

可変エネルギーサイクロトロンセンター（VECC）はインドの原子力エネルギーに関する指導的な研究開発機関である。ここでは、加速器科学、技術、核化学、物質科学、そしてコンピューター・サイエンスと工学の分野で最先端の研究開発が行われている。VECCは超伝導サイクロトロンを含めたいくつかの加速器を運転している。

ニュー・デリーにあるインド大学加速器共同利用センターは、大学関連研究支援機構のもとの研究機関である。低エネルギー核物理、物質科学と放射線生化学に焦点をおいている。超伝導線型加速器と、超伝導加速器開発のための一連の基盤研究開発施設を運営している。

■特集記事

進捗する超伝導RF開発とILC 

（ Past successes in superconducting RF are a good omen for the ILC）

ILC研究開発の指標の一つに、1メートル長（9セル、1.3ギガヘルツ）のニオブ製超伝導空洞で毎メートル35メガボルト（MV/ｍ）の加速勾配を安定に得ること、というのがある。超伝導空洞は主線形加速器の心臓部である。これまで、DESYでは10台あまりの空洞で加速勾配として35から40MV/ｍが得られ、最近ではJlabでも同様の結果が出始めている。難しいのは、製作するすべての空洞でいつも安定してその性能レベルを保つことである。つまり、加速勾配の限界を決めている問題点を綿密に調べ、それを克服する実際的な方策を見出していく必要がある、ということである。

超伝導加速空洞の開発では、基礎科学と製作技術の両方での努力が不可欠である。1960年代の揺籃期以来、これがまさにこの分野で行われてきたことであるが、色々な紆余曲折があった。1970年代半ばに、スタンフォード、ジーメンス、コーネルなどのグループでは当時のニオブ材をつかい、Xバンド（8-10GHz）の単セル空洞で25-30MV/mの加速勾配を得ることができた。ところが、3GHz以下の周波数では全くうまく行かなかった。最大の問題はマルチパクティング（電子の電界放出に起因する共鳴現象）のため、1.3GHz空洞の加速勾配は2～4MV/mにしかならない、というものである。この現象の解析の結果、マルチパクティングによる加速勾配限界は、高周波の周波数に比例することがわかり、初期のXバンド空洞はよいが、低い周波数を使う超伝導空洞には問題があることがわかったのである。

DESYのFLASHの6個のモジュールには48台の9セル空洞(加速勾配20－25MV/m)が装備されている。これらの9セルTESLA空洞はRRR=300のニオブ製で、電解研磨・加熱処理が施されている。

この後の30年間で、根底にある物理現象の理解が深まり、問題への解決法が提示されるにつれ、加速勾配の記録は何回も塗りなおされてきた。空洞の性能は段階的に改善され、加速器へのこの技術の適用も進んだ。最初の転換点になったのは、1980年代に出現した反マルチパクティング・タイプの球形（および楕円形）空洞形状だった。空洞形状に適切な曲率分布をもたせることで、電界放出される電子の軌道を矯正し、共鳴の発生を押さえ込むのである。マルチパクティングが克服されると、次に超伝導の熱ブレークダウンが、勾配4から6MV/ｍにかけての問題となった。空洞内表面になんらかの欠陥があると、そこが局所的に加熱し、超伝導状態が失われ、これが空洞全体に伝わって加速電場を維持できなくなる、という現象である。これに対して、ニオブの純度を上げる、つまりRRR（high residual resistance ratio）を高くする、という対策が導入された。産業界の協力を得てRRR値が一桁向上し、加速勾配も平均して三倍になった。また、熱伝導率に優れた銅でつくった空洞の表面に、スパッタリング処理によってニオブの薄膜（厚さ数ミクロン）を形成する、という対策も提案された。これは材料費用の削減に役立ち、特に低周波（0.35 GHz）で効果があった。

そのあたりから、KEKのTRISTAN、DESYのHERA、そしてCERNのLEP-IIで、RF超伝導の大規模な適用が始まり、貯蔵リングのエネルギー・フロンティアが開拓された。核物理学の最先端では、米国ジェファーソン研究所が循環型リニアックのCEBAFを建設し、コーネル大学のCESRとKEKのKEKBが、ルミノシティ・フロンティアにおいてアンペア級のビームを貯蔵するさいにニオブ空洞を適用した。また、ジェファーソン研究所のFELや日本のJAERIで、超伝導リニアックが稼働している。今、世界の加速器施設をつなげると、全体として、1キロメートルにおよぶSCRF空洞が総計5GeVのビーム加速を行っている。

表面電場の改善に伴い、10－15MV/ｍにおける電子放出が問題となった。その主要原因は、世界的な研究開発により、微小粒子による汚染であることが明らかにされた。温度測定器を使ってミクロン、サブミクロンオーダーのサイズの原因箇所を特定し、電子顕微鏡で調査が行われたのだ。この対策として、高圧水洗浄、Class-100のクリーンルームでの空洞組み立てなどの技術が生み出された。こうしたブレイクスルーにより、空洞勾配は20MV/mにまで向上したのである。

しかし、クェンチや電界放出といった問題に関しては、すべてが克服されたわけではなかった。どのような空洞処理工程上でも、電界放出やクェンチの原因となる不純物が混入する確率は空洞の内表面面積に比例するので、大規模な空洞生産になるほど工程環境は厳密にコントロールされなくてはならなくなる。1970年代の単セルXバンド空洞の表面積は平方センチメートル単位であって、高い加速勾配に到達するのに統計的に有利な条件だったが、表面積が平方メートル単位である多セル高周波加速器空洞では、そうは行かない。

にも関わらず、加速勾配の絶え間ない性能改善によって、超伝導空洞を使った加速器は物性科学への応用を拡げてきた。ハンブルグにあるDESYで20MV/mで稼働しているFLASH光源や、Oak Ridge研究所で15MV/m（当初にくらべて2GV/mの改善をみた）で稼働している核破砕中性子源などがそれである。

そして高加速勾配の追及は2000年期にはいっても続いている。20MV/ｍ以上のレベルになると、RF損失は電場とともに指数関数的に増加する。この物理的理由はまだ世界で活発に研究されているところである。実際的な対処法としては、標準の化学エッチングに取って代わり、電解研磨が、滑らかな表面と表面電界の増大を防止する方策として導入され、そのあと二日ほどにわたる120度程度の低温アニーリングと併用されている。これらの方策がなぜ有効なのか、については、固体物理・表面物理の観点からの研究が続けられている。

現在、平方メートル単位の表面面積を持つニオブ空洞は、RF損失を十分小さくとどめつつ25－40MV/mの加速勾配を達成している。ILCに関しては、これを35MV/mの水準にまで引き上げ、毎回安定して実現させることが非常に好ましい。電界放出やクェンチの克服のため、世界の研究者が共同して努力しており、さらなる高勾配への兆しが見え始めている。表面の微視的研究によると、電解研磨の残留物としてしばしば見られる硫黄粒子が、電界放出の犯人であるかも知れないことが分かってきた。対策として、洗剤を使った超音波洗浄や、エタノール洗浄などの最終仕上げが施されるようになり、電界放出リミットは緩和されつつある。クェンチの原因となる空洞表面の欠陥箇所は、従来からの温度センサや、超流動ヘリウム(詳細は readmore_20080626_ftr1.html)に見られる「第二音波」を利用した測定器をつかって特定できるようになった。9セル空洞の内部表面を検査する光学内視装置によって、これに対応する表面欠陥（凹凸）が空洞の溶接部付近に見つかっている。多くの研究機関で、空洞部材や空洞製作途上にどのような原因が潜んでいるかを探求する努力が続けられている。製作工程と表面処理工程の厳密な管理により、これらの課題は改善できる見通しが立ってきた、といってよいだろう。

また別の方策として、大結晶粒塊のニオブを使用することも追求されている。これは結晶粒塊の大きなニオブ材を準備し、これから、圧延ではなく直接切り出しによってニオブ板を得て空洞製作に供するもので、不純物の混入を減らし、電解研磨によらずとも化学研磨によって同等に滑らかな表面を得ることを期待するものである。最終熱処理時間も48時間から12時間に短縮される。世界中の専門家が、このシナリオの検証のために懸命に努力している。

SCRF技術の研究開発によって、どのように加速勾配の改善が進められてきたかがお分かりになったことと思う。こうした研究進捗が、そのつど、新しい加速器計画を支えてきた。ILCも同様だろう。世界で使われている超伝導空洞の総加速エネルギーは7GeVだと先に述べたが、DESY近所に建設される欧州XFELによって、まもなくこれは20GeVになる。また、高輝度陽子源、自由電子レーザー、光源・核物理学のためのエネルギー回収リニアックへの幅広い用途への超伝導加速技術の適用が検討されている。

ILCのために35MV/mを越す加速勾配を安定して実現するのに加え、50MV/mへ向けて勾配フロンティアを押し上げようという努力もすでに始動している。表面の磁場を抑えるための革新的な形状を採用したL-バンドの空洞技術開発がそれで、単セル空洞ではすでに実現している。その驚嘆する結果を9セル空洞に適用するには、35MV/mでの勾配向上に向けた努力と同様に、大変な注意と精密さが要求される。

このように、過去40年の超伝導RF技術の様々な加速器への応用は、試行錯誤だけに依存した、偶然の産物ではなく、加速勾配限界についての科学的な理解と、効果的な改善策の着実な進歩の結果である、ということがいえる。こうした成功に力づけられて、世界中のSCRF科学者たちはさらに前進を続けている。物性物理学者やプロセス・エンジニアたちも、より高性能・コンパクト・高効率の加速器を目指して、この技術開発に参加しているのだ。 

■ディレクターズ・コーナー

鉄道、飛行機、そして車の旅―地域ディレクターの生活

Brian Foster氏

2009年を迎えてからまだ二か月に足りないが、私はすでに一年分の旅行をした気分だ。しかし、それがILCディレクターの人生。今年最初の旅先はパリだった。1月6日に、Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules（CNRS/IN2P3）へ、所長のMichel Spiro氏、素粒子物理副所長のEtienne Augé氏 とGuy Wormser氏、そしてLAL所長のOrsay氏と会合するために飛んだ。議論は多義にわたり、フランスにおけるILCの将来性や開発への参入拡大などを話し合った。フランス自体、エネルギッシュで比較的若い大統領時代の幕開けで、すべての政府政策機関を見直すといった勢いがあり、その姿勢は科学研究の関連行政も例外ではない。遠大な改正案が思案されている時であっても、IN2P3の通常の研究方針決定は絶えない。私たちはこういったことを、Bois du Boulogne近辺でCNRS本部近くの素晴らしいレストランでランチをしながら話し合った。フランスの欧州X線レーザーXFELプロジェクトへの積極的な参加はILCにも相乗効果があり、それはEUフレームワーク７プロジェクトILC-HiGrade　への参入に顕著に表れている。

スペインCIEMATにて

二つ目の旅行はスペインのマドリッドへで、FALC会議に出席するとともに、スペイン素粒子物理学コミュニティとILCへのさらなる協力について話し合うためだった。スペインの素粒子物理学コミュ二ティとFALC会議については、Barry Barish氏がすでに本ディレクターズ・コーナーで書いている(12 February's と5 February'sを参照)ので、スペインの努力と熱意から受けたポジティブな印象についてだけ今一度触れておこう。バルセロナ近郊での新しいシンクロトロン放射光装置の建設をはじめ、加速器の様々な分野で重要な活動が見られた。BarryはCaltechに帰らなくてはならなかったが、Marc Ross氏、 Akhira Yamamoto氏と私は Ciemat を訪れた。所長のJuan_Antonio Rubbio氏と、CERNでPh.D実験に共に取り組んだ旧友のManuel Aguilar氏に温かく迎え入れられた。Rubbio教授による大変興味深い概観を聞いたあと、ILCへの超伝導技術のCIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas)の貢献について長時間にわたり話し合った。技術戦略にスペインが公式に参入することの重要性や、つくばのTILC09会議に強力なCIEMAT代表を送るべきであることなどについて賛同が得られた。

Frascatiにて、3人のプロジェクト・マネジャー

その次の行先はFrascatiで、マドリッドからローマまで行き、そのあと車を飛ばした。Frascati丘の上のホテルからの眺めは、今まで見てきた中でも五本の指に入るくらいに素晴らしく、太陽が光を落としている聖ペテロ教会がかろうじて見えるローマまで、大草原がひたすら続く穏やかな丘の上でまずリフレッシュした。続く一日半を、Nick Walker氏が合流したプロジェクトマネージャー全三名と私は、Mario Calvetti氏とSusanna Guiducci氏に案内されて INFN Frascatiで過ごした。議論の中心となったのは、Frascatiが主導しているダンピングリングの研究開発と、ILCにとって必要不可欠なCarlo Pagani氏率いるミラノ超伝導RFについてであった。Carloは初日に参加してくれた。また、INFN所長のRoberto Petronzio氏と、イタリアのILCへの寄与について話し合えたのは幸運なことであった。

この急ぎ足の旅の最終地点は先週行ったCERNで、私はその「LHCから将来コライダーへ」会議でプレゼンテーションをした。私の講演はILC加速器開発についてで、Klaus Desch氏のILC物理についての講演と連携するかたちのものだった。これらの講演の後には活発な質疑応答がされた。CERNは現在、LHC修理と秋季の運転再開をスムーズに行うために全力を挙げているところだが、LHC以降の主要プロジェクトについての議論にも積極的に参加してくれたことを嬉しく思っている。午後には新所長と会合し、ILCガバナンスについて大変有益な議論をすることができた。

欧州ILCでの主要な役割を果たすドイツと英国について、私はまだ触れていない。もちろん、私は英国でのILCについての議論を続けている。高エネルギー物理関係のすべて開発実験の予算にかんする三年毎の評価時期が近づいており、また色々な課題に遭遇しそうである。科学技術施設庁（STFC）は、予算削減計画の一環として、大幅な研究予算の削減を構想しているようにも見受ける。ドイツ―特にDESYについてだが―は、欧州XFEL建設に注力している。Beatrix Vierkorn-Rudolph氏にFALC会議のとき誘われたこともあり、近々ボンを訪問したいと思っている。

まとめとして、経済後退の中での、欧州と米国での残念な差異について述べておこう。オバマ氏の米国再生再投資法案に比して、今のところ英国では科学研究への大型資金投入の兆しはみえない。欧州が米国に続くことを願おう。FALC議長はマドリッドで、各国政府は経済を活性化させるために、大型プロジェクトを探している、と述べた。われわれはILCがそのカテゴリーに入るように努力しているのである。 

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

TH Institute: From the LHC to a Future Collider 
CERN
9-27 February 2009

Silicon Detector Design Study Workshop 
SLAC
2-4 March 2009

Technology and Instrumentation in Particle Physics (TIPP09) 
Epocal Tsukuba, Tsukuba, Japan
12-17 March 2009

Joint ACFA Physics and Detector Workshop and GDE Meeting on International Linear Collider
(TILC09) 
Tsukuba, Japan
17-21 April 2009

Particle Accelerator Conference 2009 (PAC09) 
Vancouver, Canada
4-8 May 2009

今後のスクール

Spring School on Strings, Cosmology and Particles (SSSCP2009)  Belgrade, Serbia 31 March - 4 April 2009

GDE Meetings calendar  View complete ILC calendar

■ニュース記事より

From Spiegel online 23 February 2009 Neues Prinzip der Supraleitung entdeckt Stromleitung ohne Widerstand - und das bei Zimmertemperatur? Das ist das ultimative Ziel bei der Forschung an Hochtemperatur-Supraleitern. 独語記事

From CERN Courier 23 February 2009 CERNが新しい展望へ定針する 彼は、過去10年間にわたって、DESYによるLHCへの参加や国際リニアコライダーへの参加の舵取り行ってきた・・・。 英文記事

From Cern Courier 23 February 2009 躍進する光パルスのフロンティア 高輝度レーザー技術は、コンパクト加速器との連携を始めようとしており、真空の構造を解明する研究施設の実現も近づいている。 英文記事

From Cern Bulletin 23 February 2009 LHCの最新情報 セクター3-4、1-2 及び6-7の超伝導磁石の交換ユニットはすべてクライオスタットにおさめられた。  英文記事

From le Journal Innovation 23 February 2009 Espace : Le télescope Fermi révèle une explosion géante (..) ce sursaut gamma [est] le plus violent de tous les objets célestes jamais observés. Ces fulgurantes bouffées de rayons gamma, qui peuvent durer d’une fraction de seconde à quelques minutes, sont généralement suivies d’une émission rémanente plus faible sur plusieurs jours. 仏語記事

From Science Magazine 20 February 2009 LHCの遅れでTevatronにヒッグズ粒子探索のチャンス 欧州のLHCは9月まで稼働しないため、ヒッグズ粒子発見にかけてフェルミ研究所が先んずることになった。 英文記事

■アナウンス

TILC09－登録はお済みですか？

TILC09会議の割引登録料での登録期限は2月28日土曜日です。 登録はお済みですか？

◇arXiv preprints

0902.4164 
The flavor-changing bottom and anti-strange quark production in the littlest Higgs model with T parity at the ILC

0902.3399 
R&D for Very Forward Calorimeters at the ILC Detector

0902.3377 
Simulation Study of γ γ → hh in a Photon Collider

0902.3229 
Analysis of the Decay e⁺ e^- →invisible + H(→ μ μ) at a Collision Energy of 500 GeV

0902.3221 
Compton Cherenkov Detector Development for ILC Polarimetry

0902.3155 
An extended Higgs sector for neutrino mass, dark matter and baryon asymmetry

0902.3102 
Realistic Simulation of the MAPS Response

0902.3042 
GARLIC - GAmma Reconstruciton for the LInear Collider

0902.3035 
Analysis of ZH recoil mass

0902.3017 
Status of the ILC Main Linac BPM R&D