Japanese Highlights

ILC NewsLine 2009年11月25日号

ILC NewsLine 2009年11月25日号　[英文記事］

■特集記事

CERNより：LHC で２つのビームが回って最初の衝突観測された

（From CERN: Two circulating beams bring first collisions in the LHC）

ジュネーブ発2009 年11 月23 日：本日初めて２つのビームが同時に周回した。加速器オぺレーターは２つのビームの同期を図り、実験チームははじめての陽子・陽子衝突現象が起こるか探した。時計方向と反時計方向にそれぞれ１つずつのビームバンチを回すと、加速器のリング上の２カ所でビームバンチが交叉する。午後一番には、アトラスとCMS 実験が位置しているポイント１と５でビームバンチが交叉するように調整し、衝突現象の発生を探した。その後、アリス実験とLHCb 実験があるポイント２と８でもビームを交叉させた。

「短時間でここまで達成できたことは素晴しい」とロルフ・ホイヤーCERN 所長は語った。「しかし我々は長期的な視点を持つ必要がある。LHC 物理実験を開始できるまでには、まだまだ多くの作業がある。」

ビームは最初にアトラス測定器の場所で衝突が起こるように調整され、午後14 時22 分に最初の衝突現象の候補が観測・記録された。その後ビームはCMS 実験に最適なように調整された。夕方にはアリス実験、そしてLHCb 実験に合うように調整された。

「これは大きなニュースである。素晴しい物理と新発見が期待される時代の幕開けである。前例のないほど複雑で高機能な加速器と実験装置の建設を世界が協力して２０年前に始め、ようやくここまでたどりついた」とアトラス実験のリーダーであるファビオラ・ジアノッチ氏は語った。

「これは自然の秘密を発見する途方もない航海の後半の始まりを示すものだ」とCMS 実験リーダーのジム・バーディ氏は述べた。

「アリス実験のコントロール室では全員が立ち上がり、最初の衝突に喝采を送った」とアリス実験のリーダーのユグレン・シュクラフト氏は語り「これは端的に言ってものすごい」と。

「我々が観測した粒子の飛跡は美しかった」とLHCb 実験のリーダーのアンドレ・ゴルトバン氏は語り「あと数日したら本格的なデータ収集を始める準備がすべて整う」と。

LHC 運転が再開されてからほんの３日でこれらの進展が起こったことは、ビームを制御するシステムが素晴しい性能であるということを示している。運転開始より加速器オペレーターは、入射エネルギーである450GeV（ギガ電子ボルト）のビームを、まず１方向に、次に逆の方向にリングを周回させた。ビームの寿命は飛躍的に10 時間まで伸び、そして今日初めて、ビームエネルギーは450 GeV のままで両方向に同時にビームを回した。

次のステップは、ビームの強度を上げてビームを加速する始動段階であり、多くの作業が存在する。すべてが順調に進めばクリスマスまでに、LHC は１ビームあたり1.2 TeV（テラ電子ボルト）のエネルギーに到達し、数多くの衝突データを提供して実験装置を較正することができるようになる。

※こちらに掲載の日本語訳を転載しました。http://atlas.kek.jp/sub/CERN-LHC/PR17.09J.pdf

［英文記事］

CERNより：LHCの復帰（From CERN: The LHC is back）

ジュネーブで世界最強の粒子加速器である、欧州合同原子核研究機構（CERN¹）の大型ハドロンコライダー（LHC）で加速器稼働の後、再び粒子ビームが周回したとのニュースが2009年11月20日水曜朝に届いた。その晩の10時には、時計回りにビームが周回したことが確認された。LHCで最初の物理発見を2010年に行うための重要な一歩である。

「再びLHCの中をビームが周回するのを見ることができてうれしいです」と、CERN所長、Rolf Heuer氏は語った。「物理の発見のためには、まだいくつかの段階を踏まないといけませんが、このマイルストーンを達成することで、かなり近づくことができました」

 LHCは、2008年9月10日に最初のビーム周回に成功したが、その9日後に深刻な故障に見舞われた。一部の電気接続部の不良が深刻な損害をもたらしたのだ。CERNはそのような事件が二度と起こらないよう、その後一年をかけLHCの修理と整備を行ってきた。

「1年前に比べ、LHC加速器についての理解がはるかに進みました」と、CERNの加速器部長、Steve Myers氏。「経験から学ぶことで、先へ進むための技術を獲得しました。こうやって進歩していくのです」

LHCの再稼働は夏に始まり、それ以降は、定期的に一連のマイルストーンを通過してきた。10月8日、LHCは1.9ケルビン（およそ-271℃）の運転温度に到達した。10月23日、粒子は入射されたが、まだ周回させていない。11月7日にはビームは加速器の一周の８分の３まで到達し、今やビームの周回を再現できた。次の重要なマイルストーンは、来週の今日に予定されている、低エネルギー衝突である。これらにより、実験グループは、最初の衝突データを得て、重要な較正ができるようになる。重要なことだが、今まで実験グループが記録した全データは、宇宙線を使ってのものだったのだ。7TeV（1ビームにつき3.5TeV）の衝突に向け来年はビームのエネルギーを徐々に高めていく。

素粒子物理学は国際的枠組みでの活動であり、また、CERNはLHCの稼働、再稼働に際して、世界中から支援を受けた。


 「ここまで来るのは非常にたいへんなことでした」と、Myers氏は述べた。「CERNや世界中の研究機関から参加してくれた関係者のみなさんに感謝したいと思います」。

11月23日（月）午後2時、CERNの科学とイノベーションのためのホール、「グローブ」にて記者会見が行われる。ウェブキャストはこちらを：http://webcast.cern.ch/.。質問は＠CERNツイィター経由で。全ての質問にお答えできるとは限りません。

LHCに関するツイィター： www.twitter.com/cern
写真、ビデオ、最新情報: http://press.web.cern.ch/press/lhc-first-physics/
コンタクト : http://press.web.cern.ch/press/ContactUs.html

¹CERNは、素粒子物理学分野における世界の主要な研究所である。本部所在地はジュネーブ。現時点での加盟国は、オーストリア、ベルギー、ブルガリア、チェコ共和国、デンマーク、フィンランド、フランス、ドイツ、ギリシャ、ハンガリー、イタリア、オランダ、ノルウェー、ポーランド、ポルトガル、スロバキア、スペイン、スウェーデン、スイスとイギリス。オブザーバー加盟国はインド、イスラエル、日本、ロシア連邦、米国、トルコ、欧州委員会、ユネスコである。

[英文記事］

■ディレクターズ・コーナー

技術開発を推進するものとは？

（What drives the development of technology?）

Marc Ross氏

今号のディレクターズ・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、Marc Ross氏の執筆である。

ILCの基幹技術に超伝導高周波（SCRF）技術が5年前に選ばれた際、高勾配（35MV/m）の性能を持つ空洞はほとんどなかった。今や状況は全く異なっている。この秋、日本と米国の産業界や共同研究機関が複数の高性能9セル超伝導空洞の制作、表面処理、試験に、成功をおさめたことを喜びたい。また、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の欧州XFELチームにも祝辞を送りたい。欧州XFELチームは、『ILC級の性能』（平均32MV/m）を持つクライオモジュールの制作、アセンブリ、試験といった点において最初の成功を達成した。これまでのILC空洞を振り返ると、全世界ベースで行ってきた開発が結実しつつある様子は明らかで、今や自信を持って、2005年にスノーマスで設定した目標を達成する、あるいは、それを上回る見込みさえつきつつあると言えよう。化学洗浄、空洞の検査診断法、会社への訪問、標準化されたレシピ、そして研究機関が協力して結成したデータベース・チームといったこれまでの来歴や話題については、私や山本明氏が執筆した『ディレクターズ・コーナー』の過去記事を参照されたい。

DESYの空洞電解研磨システム・・・

もちろん、道のりはまだまだ続く。技術開発の成功につながる重要な決め手とは何か？ビートルズの歌にあるように、お金なのか？もちろん、予算は大切だ。しかし、「競争とチームワーク」と「多様性と集中化」という正反対の要求にしくものはない。逆説的ではあるが、これらの2つの相反する要求は私たちの進歩の鍵であり、それこそがどのような計画にせよ分散管理された活動の成功の鍵だ、というものもいる。GDEでは、多様性を受容するが、相互互換性（いわゆる『プラグコンパチビリティ』）も課している。そして、産業競争は言うに及ばず、研究機関の間での競争も避けられないものだ。

この秋ドイツのベルリンで開催された、２年おきのSRFワークショップ（SRF2009）と、米エネルギー省主催の『米国の将来のための加速器シンポジウム』の2つの会合を通して、相反する要求を満たしつつ、実施しているプロジェクトの進み方をみてみよう。両ワークショップの発表資料は、ウェブで閲覧可能。SRFワークショップのウェブサイトで「科学技術の最新の進歩と超伝導RFの応用」と謳っているように、SRFワークショップはSCRF R&Dのあらゆる面を扱った非常に重要な会合である。今年のワークショップは「大成功をおさめた」。一方、DOEシンポジウムは、監督官庁と当事者の現在・未来のニーズの確認、技術・コスト・政策を横断して将来の展開方向性を左右する課題の探索、有望な加速器技術開発項目の特定、加速器の基礎開発と実際の加速器での技術実装の橋渡し展望、言い換えれば、加速器R&Dと国家（米国）の要請をいかにマッチさせるのか、についてのものであった。

...そして、こちらがKEKの空洞電界研磨システム。DESY、KEKの2つのシステムは、基本的には同等の機能を持つが、システムの詳細は全く異なっている。

SRF2009では、大学の環境でよく見られる多様でいくぶん自由競争的で基礎的なR&Dと、特定のプロジェクト推進のためより管理された形態でおこなわれるR&Dとの間の相互関連についての話し合いがあった。後者の例は、ILC-GDE SCRF目標（『S0』－加速勾配制限についての研究、『S1』－ILCクライオモジュールの建設、『S2』－最強度ビームでのいくつかのクライオモジュールのテスト）を目指したR&Dである。通念的には、一般基礎的なR&Dが最もよく進捗するのは、それを必要とする高次のプロジェクト的な目標のもとにおいてである、というように考えられている。ここ20年のリニアコライダー（当初はTESLA、そして現在はILC）を目指したRF超伝導特性の技術進歩が示すのは、加速勾配に関する基本的なR&Dを効率よく進めたのは、たしかに、明確な目標概念を伴った『プロジェクト』であった、ということだ。これは基礎的な加速器研究と現実の加速器実装技術の間のギャップを埋める（DOEシンポジウムで掲げられた最新の目標）一例であれ。ここで起きているのは、基礎的R&Dの強化と、プロジェクトの目標達成という二つの作用である。このシンポジウムの目標は次の３つの項目をバランスさせつつプロジェクトを達成することであった。即ち、１）定まった目標をもつプロジェクト、２）研究機関の（あるいは産業界の）インフラストラクチャーとスキル、３）基本的な一般研究戦略。この二十年の応用科学向け加速器の激増に伴い、米国では国立研究所における技術担当能力のより効率的な協同が可能となった。現在では、主要研究所のそれぞれの技術能力は互いによく知られたところとなり、計画や共同開発を新たに立ち上げるうえでの強みとなっている。


GDEは、研究機関間あるいは地域間のR&D協力を推進するうえで必要な枠組みを提供するものである。私たちは最終目標（ILC計画）のために必要な性能仕様を明示的に定めることで、開発現場からの一連の目覚しい成果を享受するのである。

［英文記事］

ディレクターズ・コーナー・バックナンバー

■ブログライン

21 November - Frank Simon
Strategy Discussions – And LHC Excitement


20 November - Ingrid Gregor
Scotty, beam me up…


... and don't miss Paul Jackson's coverage from shifts at ATLAS

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

ILC Accelerator Design & Integration Meeting
DESY, Germany
2-3 December 2009

今後のスクール

The US Particle Accelerator School
sponsored by the UC Santa Cruz
Santa Cruz, CA, USA
18-29 January 2010

■ニュース記事

From Next Big Future
20 November 2009
次世代コライダー
New Scientist誌は、LHCを越えた次世代の粒子コライダーに焦点をあてる。粒子としてどういうものが発見されるのであれ（ヒッグス、あるいはヒッグスボソンではない粒子）、研究すべき新しい物理や、精査すべき（標準模型または他の何か、超対称性やストリング理論による）宇宙のモデルがあらわれるだろう。

［英文記事］

From Softpedia
20 November 2009
次世代の粒子加速器
LHCが最後の加速器ではない。
［英文記事］

From New Scientist
20 November 2009
次世代コライダー：LHCを越えて
LHCは、決して最終加速器ではない。最近、CERNの研究グループは、ジュネーブで陽子衝突から生まれる様々なシナリオ可能性を調査し、その結果、次に私たちが建設すべきコライダーはどのようなものであるかを検討した。各シナリオの、キーポイントを述べる。
［英文記事］

■アナウンス

◇今週号は前倒しに発行しました
今週木曜は、米国が感謝祭の祝日のため、ILC NewsLineの発行を早めました。来週からは通常通りです。

■今週のイメージ

CEAのXFEL村を訪れるフランスのILC物理学者

（French ILC physicists visit XFEL village at CEA）

11月9-10日、フランス、サークレイにあるCEA/Irfu研究所で、フランスの物理・測定器研究者グループが集まり、SOCLE（電子リニアコライダーへの貢献に向けた重視セミナー）会議の年会を行った。この会期中、CEAのモジュールアセンブリコーディネーターである、Olivier Napoly氏とSte'phane Berry氏は、参加者に、CEAにある新XFEL施設を案内した。新XFEL施設は、2010年末に、103台のXFELモジュールの工業的アセンブリが開始される。写真：CEA。
他の写真はこちらから

ILC NewsLine 2009年11月19日号

ILC NewsLine 2009年11月19日号　［英文記事］

■リサーチ・ディレクター・レポート

テストビームで次世代測定器R&Dに備える

（Preparing future detector R&D at testbeams）

François Richard氏

今月のリサーチ・ディレクター・レポートは、リニアコライダー物理・測定器国際研究組織の共同議長であり、欧州地域コンタクトFrancois Richard氏の執筆である。

テストビームは、測定器の設計概念が現実のビームにさらされる最初の場であり、また、実地のデータに触れて若手研究者が成長する最適な場でもある。最近、40人の専門家（アジア2名、北米5名、残りは欧州）が、オルセーにあるLaboratoire de l'Acce'le'rateur Line'aire（LAL）で会合をもち、次世代測定器R&Dにおけるテストビームの必要性を検討した。このワークショップの目的は、カロリメータ（CALICE、FCAL、SiD）グループ、ガス軌跡検出器（LCTPC）、様々なシリコン軌跡検出器（SiLC）など、この分野で活発な共同研究グループのニーズを集め、研究活動の調整を行うことである。現在の代表的なテストビーム施設として、欧州合同原子核研究機構（CERN)、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY)、米国フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）からの研究者がそれぞれのサイトについて説明し、活発な議論が行われた。大強度陽子加速器施設（J-PARC）、北京の中国科学院高能物理研究所（IHEP）、東北大学、高エネルギー加速器研究機構（KEK）、IHEP/Protvino、ロシアのドゥブナなど、世界で利用可能なたくさんの他の施設についても議論された。また、米国からはSLAC国立加速器研究所がテストビームの再立ち上げをおこない、2010年までにエンドステーションAに新設備を建設することが紹介された。測定器趣意書（LOI）に先立つテストビームでの仕事が成功裏に終わったいま、その総括と、次フェーズに向けたテストビームの改善箇所について、活発な議論が交わされた。

第2回リニアコライダー・テストビーム・ワークショップのロゴ

現在、いくつかの測定器プロトタイプが新たに制作中である。たとえば、ソレノイド磁場内に設置する大型のタイムプロジェクションチェンバー（TPC）プロトタイプや、多層構造の測定器内部に読出し信号処理回路を完全に組み込んだカロリメータ・モジュールがそれである。これらのプロトタイプは、いずれも、最終的な測定器システムで使用されるのと同等のサイズのもので、2011年ころの試験開始を目指している。今回の会議の目標のひとつは、テストビーム施設利用の最適化である。たとえば、複数の測定器プロジェクトが共同利用できるビームラインを作れるか、など。ILDとSiDでは、2012年末までに準備する詳細報告書にむけて、だが、それ以降も研究開発が続くことも念頭におきつつ、それまでに得るべき結果は何か、についての議論も交わされた。ILC測定器の信号処理系は、ILCビームの時間構造に対応して作られている（200ミリ秒ごとに1ミリ秒のバンチトレインがやってきて、バンチトレイン内のバンチ感覚は数百ナノ秒、というもの）。テストビームもこれと同じ時間構造をもつビームを提供すべきかどうか、も重要な課題で、テストビームサイトにとって少なからぬ問題となりうるものである。そのため、リニアコライダー関連の測定器研究グループでは、2010年3月に開催予定のLCWS会議までに、要求事項のとりまとめを行うことにしている。

テストビーム・ワークショップの主催者Roman Poeschl氏。ユーザへのデモセッションにて。

データ収集（DAQ）面についての検討も行われた。測定器グループとDAQ開発者の連携は非常に良い。異なったDAQシステム間でも高度な相互運用が可能であることが分かっている。ソフトウェアは、測定器グループ間の境界を越えた最大規模の協力が期待される分野である。優れたソフトウェアシステムによって、測定器開発とフルシミュレーションを使った物理研究の間での相互乗り入れが可能となろう。測定器R&Dグループは、Gridがデータ管理のための基本ツールであると認識している。ただし、ITセンターによるサポートについては、大型ハドロンコライダー（LHC）稼動に伴う負担にも配慮する必要がある。

これらの活動に動員活用できる見通しのある人的・物質的資源については、アジア・欧州・アメリカのあいだで若干のアンバランスが見いだされた。欧州ではこれまでEUDETプログラムがR&Dのサポートに資すところ大であり、これを引き継ぐプログラムがEUによってサポートされることが期待されている。一方、アジアや北米の状況は不透明である。しかしながら、領域間の協力関係は良好で、測定器R&Dにおける関係研究者は意気軒昂であると言ってよい。ワークショップからの結論は、LCWS2010で公表ののち、公式文書として配布される予定。

［英文記事］

リサーチ・ディレクター・レポート・バックナンバー

■世界の各地より

医療とライフ・サイエンスのための新機器

（Developing new tool for hospitals and life science）

小型高輝度光子ビーム発生装置開発プロジェクトでは、手頃でコンパクトな新型の民生用X線源開発している。このプロジェクトは、KEKで推進されている事業で、粒子ビームを研究し、その量子性質を利用するもの。発足から1年を経ているもので、医療、ライフ・サイエンス、情報テクノロジー、微小工学と量子科学における、幅広い商用利用のためにコンパクトで質の良い粒子源を開発することを目的としている。プロジェクトの名前である「量子ビーム」とは、中性子や光子、イオンなどの量子力学的振舞いをする小さな粒子のビームを意味し、病院や研究機関に手頃でコンパクトなX線源の技術移転を進めるために、その性質を利用することがプロジェクトの特色となっている。

KEKのATFでテスト・レーザーコンプトンX線源の横に立つ、プロジェクト・リーダーKEKの浦川順治教授（左）、インドSAMEERのAbhay Deshpande氏（右）。この写真での最新機器は、彼の博士号の論文のために開発される（中央の）電子銃Deshpandeである。

このプロジェクトは、日本の18の大学や研究機関から、およそ50人の科学者からなる共同研究グループによって進められている。浦川順治氏（KEKの先端加速器試験装置（ATF）の元スポークスマン）をリーダーとし、チームは現在、超伝導電子加速器と高品質のレーザー空洞を使った次世代のコンパクトX線源の研究開発に取り組んでいる。電子は、超伝導空洞の中で2500万の電子ボルト（MeV）に加速される。これらの電子に強いレーザー光線を集中的に当てることによる生じる逆コンプトン散乱によって0.2-70のキロ電子ボルトのＸ線が生じる。この装置は、電子を取り出す電子銃、電子を加速あるいは減速する超伝導空洞、空洞を冷やす保冷容器、強いレーザー光線を貯蔵するレーザー空洞とビームを捨て去るためのビームダンプから構成されており、その全長は10メートル。平均的な病院または研究所の部屋に収まるサイズになっている。

開発中のレーザーコンプトンX線源の概略図。

「これは、超伝導高周波空洞の民生品への初めての応用になります」と、浦川氏は言う。「私たちの目標は、装置全体をコンパクトにすることで、そのために、超伝導空洞は重要な役割を担っています」。小型高輝度光子ビーム発生装置開発チームは、KEKに拠点を置くILCの空洞開発チームと密接に連携している。ILCは、1メートルにつき35メガボルト以上の空洞（加速）勾配を目標にしている。「私たちが求める性能は1メートルにつき30メガボルトの加速勾配で、その数字は、すでに達成されています」。必要なエネルギーまで電子を加速するには、わずか1メートルの超伝導空洞で十分なのである。

コンパクトエネルギー回収リニアック（コンパクトERL）用のレーザーシステムを示すKEKの本田洋介氏。小型高輝度光子ビーム発生装置開発プロジェクトでは、レーザーコンプトンＸ線テクニックをテストするため、2012年に開始予定のコンパクトERLのレーザーシステムを使う予定である。

現在の逆コンプトンX線源で発生できる光子は、オックスフォードインストラメンツの「ヘリオス装置」のような高性能X線源で、1秒につき最高10の9乗個。しかし、この新装置では、1秒につき10の10乗倍の光子という一桁高い輝度を目指している。そのような高強度実現の鍵は、パルスをなるべく多く重ね合わせ、衝突点でのビームをできるだけ小さく絞ることである。これを達成するために、レーザー・チームは射出された直線偏向のレーザーを円偏向のレーザーにする4-ミラー系を開発している。「4-ミラー系をつかうことで、2-ミラー系を使うよりビームの強度をより上げることができます」と、早大の坂上和之氏。坂上氏はフランスでLALの科学者と共に4-ミラーレーザー空洞を開発した。

チームが採用したのは、2つの凹形と2つの平らな鏡を組み合わせた非平面構成である。そして、それらを三次元的にねじれた位置に配置する。こうすることにより、鏡間を行き来するうちにビームは回転され、円偏向のレーザーが作られる。この新技術により、偏向を1秒につき最高1000回まで変えることができるが、これはアンジュレーターを使った場合の偏向度の10倍にも及ぶものだ。これは、生化学における対称性の破れを説明したり、生物学的システムを理解したりするうえで、革命的な技術となるかもしれない。KEKレーザー・チームのメンバーである本田洋介氏は、この新しい特性は思いもよらず発見したものだという。昨年の夏、本田氏が4-ミラー系を研究していた時のことだ。本田氏が凹面鏡の位置を変えると、オシロスコープ上に独特な2つのピークの信号が現れた。本田氏とレーザー・チームのメンバーたちは、この2つのピークの各々が、ビームの円偏向に対応していることを発見したのである。彼らは、この現象についての計算も行い、実験データをうまく再現できることができた。この発見によって、偏向特性を利用し、ビームをコントロールするための安定した差動信号を得ることが可能となったのである。

研究チームは現在、レーザー光線の焦点を改善するだけでなく、増大係数（空洞で収められるパルスの数）を増やすことにも取り組んでいる。「私たちが取り組んできた基礎科学研究は、これまでは社会にとって役に立つとは思えないものでした。」と浦川氏。しかし、始まって1年もたたないうちにこの新しいプロジェクトの開発した技術が、大学や企業などに移転されつつある。「成果は、すぐにも出てくるでしょう。この技術はインドの研究機関とも共有する予定になっています」。浦川氏はプロジェクトの完了を見届け、小型高輝度光子ビーム発生装置が病院に設置され医療に使われるのを見たいと言う。浦川氏の掲げる目標は「安全で、社会のために役立つこと」である。

［英文記事］

■ディレクターズ・コーナー

オークリッジの核破砕中性子源

（The Spallation Neutron Source at Oak Ridge）

Barry Barish氏

ILCのような新しい巨大構想を計画するうえでは、既存の類似プロジェクトから出来る限りを学びとることが重要である。そのため、私たちはGDEの大きな会議ごとに、他のプロジェクト関係者による講演を招待してきた。アルバカーキで開催した米国線形加速器物理学グループ・ワークショップ（ALCPG09）では、オークリッジのStuart Henderson氏に「核破砕中性子源（SNS）ライナック：性能と稼働経験」というタイトルのもと、非常に参考になるプレゼンをしていただいた。SNSは世界最強の陽子ライナックであり、ILCと類似の超伝導空洞技術を使っている。

1MWのビーム出力を達成したSNSのStuart Henderson氏

SNSは、研究開発と産業育成を目的に、米国エネルギー省の６つの研究所の協力によりつくられた大強度パルス中性子源である。16億ドルの費用をかけて2006年に完成し、立ち上げと性能の向上にこれまで3年を費やしている。その間、ビーム出力は5キロワットから1メガワットへ、その稼働率は60パーセントあたりから85パーセントまで、ビーム・エネルギーは840MeVから930MeVへの改善を見ている。

SNS加速器施設の概念図

SNS加速器では、まずイオン源で1ミリ秒長のH-のチョップされたビームが生成され（H- とは、水素原子に電子一個を付け加えて、マイナスイオンとしたもの；チョップとは、短い周期パタンでパルス中のビームをオン・オフすること）、これが2.5MeVのエネルギーまで加速される。ついで、線形加速器でビームは1GeVまで加速される。この線形加速器（linac）は、加速されるビームのエネルギーに応じて三段階の構成をもっている。上流の二段階では、室温で運転する銅の空洞を使い、最下流のセクションでは（この部分が一番長い）2Kまで液体ヘリウムで冷却して運転するILCに似た超伝導ニオブ空洞を使う。線形加速器を出たH-イオンは、ストリッパー・フォイルを通ってそこで電子をはぎ取られて裸の陽子となり、アキュムレータ・リングに至る。この陽子は、およそ1200回ほどリングを周回したのち、一気に蹴りだされ、大強度の短パルスとなり、水銀標的にぶつけられる。ここで起きる核破砕反応によって、中性子が生成されるのである。最大定格では、SNSでは1.4メガワットのビーム電力が標的に当てられる。

SNSのビーム出力性能改善の軌跡

SNSの超伝導陽子線形加速器

液体である水銀が核破砕反応を起こすための標的として採用されたのは、入射する1GeV陽子ビームの大強度短パルスの莫大なエネルギーに対応するためである。水銀は放射線による損傷に強く、室温で液体であり、反応による急激な温度上昇への耐性が固体標的より優れ、速い繰り返しで起こる衝撃にも強い。

SNSでの中心的な研究プログラムは、中性子スペクトロメータを使って結晶、セラミクス、超伝導体、タンパク質などの中の原子の位置や配列を決定する仕事である。非弾性散乱測定では、中性子の散乱方向とエネルギーの両方を測定することが必要となり、したがって、一定の飛程を通過する中性子の飛行時間の測定も必要となる。SNSでのこうした豊かな研究プログラムはまだその緒についたばかりである。測定器と中性子ビームの双方に改善が加えられるにつれ、長期間にわたる活発な研究が行われることが期待される。

ALCPG09でのプレゼンで、Stuart Henderson氏は、特に超伝導パルスライナックの運転に関して、ILCに適用可能なSNSからの教訓についてコメントした。SNSでは、暗電流によるローディング、マルチパクティング、カップラー、チューナー、ビーム損失、モニタリングといった加速器技術上の問題に関して、多くの経験が積まれた。現時点での運転パラメータは、安定で信頼できる運転を保障できるところに到達している。これまでのところ空洞性能の劣化は見られないこと、クライオモジュールの修理は完全な分解を必要としない程度で済んでいること、の二点は重要な指摘である。彼が強調したのは、積極的な機材保守戦略の重要性で、機材の性能劣化や故障が加速器の性能上の制約となるまえに対策を講ずることの意義である。

Stuart氏は、また、SNS設計の多くはTESLA技術に由来からするもので、カップラー、チューナー、圧電素子によるチューナーの高速制御、空洞の表面処理などで、ILCと共通する点が多いことを述べた。彼は、複数の観点から、SNS超伝導リニアックは、ILCリニアックの「ミニチュア」であり、関連する研究者が押さえておくべき運転上の留意点を提供するものであることを指摘した。

Stuart Henderson氏の講演はたいへ参考になった。彼に感謝するとともに、私はSNSでの加速器運転と研究プログラムの成功することを祈念するものである。SNSの成功は、類似技術に準拠するILCをはじめとする将来加速器にとって、大きな励みになるものだ。

［英文記事］

ディレクターズ・コーナー・バックナンバー

■ブログライン

17 November 2009 - Frank Simon
Planning new Projects at the Center of the Particle Physics Universe


13 November 2009 - Frank Simon
Back in the North


13 November 2009 - Ingrid Gregor
Frank and the Chocolate Factory

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

ILC Accelerator Design & Integration Meeting
DESY, Germany
2-3 December 2009

今後のスクール

The US Particle Accelerator School
sponsored by the UC Santa Cruz
Santa Cruz, CA, USA
18-29 January 2010

■ニュース記事

From CERN Bulletin
16 November 2009
LHCの半分
「LHC運転チームはビーム周回に向けてマシンの準備中です。非常にスムーズに進んでいます。..」
［英文記事］

From Physics Central
13 November 2009
うわさのブログ－峠暢一氏：マシン写真
「・・・高エネルギー物理研究所は、カメラマンにとって美とは関係が無いように思えるかもしれない。しかし、峠氏が撮影した写真をいくつか見てみると、そうでもないと納得するにちがいない・・・」
［英文記事］

From Der Freitag
13 November 2009
Das Universum voller Geigen
Er hat die String–Theorie miterfunden und wurde gerade zum Nachfolger von Stephen Hawking ernannt: Aber kennt Michael Green die Antwort auf letzte Fragen der Physik?
［ドイツ語記事］

■アナウンス

◇arXiv preprints
0911.3314
Review of Linac-Ring Type Collider Proposals

0911.2897
Higgs boson production in photon-photon collision at ILC: a comparative study in different little Higgs models

0911.2304
Higgs mediated flavor violating top quark decays τ → u_iH, u_i γ, μ_i γ γ, and the process γ γ → τc in effective theories

0911.1892

Neutrino phenomenology and unparticle physics

■今週のイメージ

日本の加速器シンポジウムに未来からの訪問者

（The future visits Japanese accelerator symposium）

こちらはライナ。茶藤真澄氏が卒業研究でつくりあげた、次世代素粒子物理学研究所の架空の科学者である。茶藤氏は、先端加速器科学技術推進協議会のメンバーである、東京家政大学の学生。

ILC NewsLine 2009年11月12日号

ILC NewsLine 2009年11月12日号　［英文記事］

■世界の各地より

DESY inFormより：古いホールに新しい測定器

（From DESY inForm: Old hall – new detectors）

引っ越しの手伝いを友人に頼むときに聞かれるのは、「何階まで？」という問いかけだろう。ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の測定器開発室の引っ越しは、ホール5からHERAホール西までのものである。引っ越し先では、HERA-B測定器はそのままだが、スペースをつくるため、エレクトロニクス・ハット（電子機器部屋）が解体撤去されることになった。そういう訳で、この場合の答えは「地下７階まで」となる。おかげで、ボランティアしてくれる同僚は大変見つけにくいことになるが、それはともかく。

HERA-Bの近くに完成間近の新しい測定器研究室。

HERA-B実験のエレクトロニクス・ハット跡地を使うことで、測定器開発室は、長期的利用を前提にした住みかを大きなコストをかけずに手に入れることができた。ここでは、70平方メートルの3つの実験室が設けられ、次世代ILC向け測定器や欧州合同原子核研究機構（CERN、ジュネーブ）の大型ハドロンコライダー（LHC）のアップグレード（sLHC)に向けた測定器の開発が行われることになっている。

「HERAホール西を選んだのは、学生や訪問研究者にとってアクセスの便がよいことと、測定器を設置するために必要な設備がもともと存在すること、の理由によります」と、Felix Sefkow氏（FLCグループ副グループ長）。ただし残念ながら、HERAホール西は、本格的に測定器開発を行うにはスペースが不足するため、一部HERAホール北を使う必要もある。1号棟にある電子回路研究室は、そのまま使われる。

今後、これらの施設はすべて、ヘルムホルツ研究連合とハンブルグ大学によるCE（Cluster of Excellence）による研究の一環としての活動に供される。ホール5の空きスペースはまた、現在建設中の欧州XFEL向けのアンジュレータ磁石の大量生産に使われる。アンジュレータの生産は、このホールの一隅ですでに始まっている。

DESY一般公開日の11月7日には、測定器研究室はおおよそ完成する見込みである。HERAホール西を訪れた人は、従来の測定器だけではなく、将来向けの最新測定器の開発現場も見学することができるはずだ。

DESY inForm11月号より

［英文記事］

■特集記事

ナノ秒での立ち上がりと立ち下がり

ATFで高速キッカー・テストに成功

（Rises and falls in nanoseconds

ATF succeeded in the fast kicker test）

10月末、高エネルギー加速器研究機構（KEK）の先端加速器試験装置（ATF）の高速キッカーは、間隔5.6ナノ秒でのビーム・バンチ・キックに成功した。ダンピング・リングの仕事は、ビームのエミッタンス低減と関連する調整を行うことである。キッカー・システムは、そのダンピング・リングの性能の鍵を握る重要なテクノロジーのひとつだ。

ATFコンテナにて、内藤孝氏

ストリップライン・キッカーの2ユニットが、ATFダンピング・リングに設置された

ILCの線形加速器では、超伝導高周波空洞を使って、330ナノ秒間隔で2800以上のバンチから成る、長いバンチトレインが加速される。このようなバンチトレイン、そのままでは全長が200キロメートルを軽く上回るものとなり、一挙にダンピング・リングに収めるのは不可能だ。そこで、ダンピング・リング中でのバンチ間隔は3（または6）ナノ秒に圧縮される。だが、ダンピング・リングから外にビームを取り出すときには、バンチ間隔を330ナノ秒まで引き延ばされされなければならない。そのため、キッカーは、それぞれの瞬間で、狙ったバンチだけを瞬間的にキックし、次の3または6ナノ秒のうちにやってくる別のバンチには影響をあたえないようにするために、素速くパルスを切らなければならない。これが、非常に高速なキッカーが必要となる理由である。

「サイラトロン・スイッチング電源でドライブするフェライト製のパルスマグネットなどのような、従来のキッカー・システムでは、この難しい要件をクリアすることは不可能です。それが、ストリップライン・キッカー・システムを開発した理由です」と、内藤孝氏（KEKの加速器研究施設のエンジニア）は言う。ストリップライン・キッカー・システムは、ストリップライン電極を数台と半導体スイッチを用いた超高速パルス電源装置から成っている。「原理実証データは、以前に集積したものがあり、それを使って2007年に私が論文を書いた時点で、これが動作するはずであることは分かっていました。しかし、実証するとなると、また別の話なのです」と、内藤氏は述べた。

重要技術のひとつは、ストリップライン電極を運転するために必要となる、高電圧パルスの発生装置である。これまでも、ストリップライン電極は、加速器で利用されてきた。たとえば、KEKB加速器では、ビーム振動を抑えるためのバンチ・フィードバック・システムにストリップラインを使用している。「しかし、KEKB加速器では、小さなキック角で済んでいました。ビームの取出しには、非常に大きなキック角が必要なので、もっと高電圧が必要なのです」、と内藤氏。従来のサイラトロンでは、40キロボルトのパルスを生成し、大きなキック角を得ていた。しかし、サイラトロンのような普通のスイッチング素子で、高電圧、早い立ち上がり立ち下がり、速い繰り返しのすべてを同時に実現することはとても難しい。「半導体による高電圧パルス回路では、パルス立ち上がり立ち下がりと繰り返し周波数の性能は良かったのですが、キック角が不十分でした」。この場合、ストリップライン2ユニットを併せて、およそ3ミリラジアンのキック角度しか生み出せなかった。ATFで必要なのは、5ミリラジアンである。より多数のストリップラインを使う手も考えられるが、ATF自体の制約がある。「必要なだけのキック角度を得るのに、ストリップラインを追加設置する十分なスペースがありませんでした」。だが、チームは、沢山の電磁石や測定器やケーブルが密集しているATFに、知恵を絞って新システムをはめ込んだ。「キッカーからのキック角が小さくてもビーム取出しができるよう、ローカル・バンプ電磁石と補助セプタム電磁石を導入し、ビーム取出し軌道を作ったのです」と、内藤氏は語る。

「このシステムが動作することは確認できました。しかし、やらなければならないことがまだたくさんあります。最大で30バンチまでを引き出すのが目標だったのですが、17バンチの引き出しにとどまりました。これは、入射器の問題によるものです。また、パルスのタイミングジッターを押さえ、安定度を高める必要もあります」。次回のテストは、2010年3月に予定されている。

［英文記事］

■ディレクターズ・コーナー

LHC-ILCの関係の見直し

（Rethinking LHC–ILC connections）

Barry Barish氏

9月29日-10月3日、ニューメキシコ州アルバカーキで米国リニアコライダー物理グループ（ALCPG）のワークショップが開かれた。この会議は、年に2回開催される大規模なILC会議の1つでもあり、ILC実験のための測定器趣意書（LOI)の認証についての検討結果報告をはじめ、ILC加速器設計の新ベースラインの紹介、議論百出のパネル・ディスカッションなど、盛りだくさんの会議だった。しかし、おそらく、最も重要な発表は、Michael Peskin氏（米国SLAC国立加速器研究所：SLAC）が「LHC-ILC関係の見直し」というタイトルで行った講演である。

Michael Peskin氏

Peskin氏をふくめ、ILC推進者の間では、リニアコライダーの将来の重要性と可能性は自明であり、その正当性を証明するのにLHCの結果は必要とされない、という考えかたが一般的だった。しかしながら、コストのことがあり、今までのところ各国政府はILCの議論に直面するのを避けてきた。その結果、ILCの予算議論の時期とLHCの初期成果が得られる時期が互いに近接することになり、LHCからの結果がILCの展開を考えるにあたって重要な要素となるに至ったわけである。このような考え方がされるようになってかなりの時間が経つが、LHCが何をもたらすのか、についての見方はやや単純なものだった。たとえば、一つには、なにがしかの大発見がILCを『売りこむ』上での大きな弾みになるはず、あるいは、LHCで片鱗を見せた物理がILC運転でのエネルギー仕様を確固としたものにするはず、といったものである。いずれも有効なポイントではあるが、Peskin氏が指摘したのは、LHCの実験からは、ILCの初期運転から始まり、数年のうちにおこなうべき高ルミノシティ運転にいたる長期にわたり、継続的に重要な物理の方向だしが出てくるのだ、ということである。

Peskin氏が示したLHC物理学の予測スケジュール

Peskin氏の指摘の正しさはかなり明らかと言ってよいが、なかでも重要なのは、ILCが必要なのは何故か、また、LHCからの物理が出てくるに際してこれとどう向かい合うのか、について、私たちは考え直すべきだ、という主張である。ILC推進論のポイントは、LHCが切り拓く『テラスケール』（テラ電子ボルト・スケール）には標準理論を超える物理を探索するの中、大量の新現象、新結果が得られるはず、という確信にある。しかし、Peskin氏が言うのは、こうした物理は、加速器の性能が向上するのに伴って、時間をかけて段々に分かってくるのだ、ということである。ALCPG09ワークショップで、彼は積分ルミノシティの蓄積につれ、どのような物理が明らかになってくると考えられるか、その予測見立てを提示した。

Peskin氏が私たちに注意喚起したのは、LHCから出てくる物理の段階に応じて、ILCでの物理の展開も見えてくる、という構造の存在である。これはある意味、（LHCからの）実際の結果が積まれるにつれ、そして予算獲得にむけたステップを積むにつれ、ILCに関するより強い理由付けもできるようになるのだ、ということである。たとえば、Peskin氏の予測表によれば、LHCで新物理に関してSUSYやほかの「主流」モデルを発見する可能性が出てくるのは2010年である。Peskin氏はさらに、安定した超対称性レプトンや、複合トップクォーク、Z’粒子なども早期にLHCで観測にかかる可能性があり、したがって、これらを予言するモデルに私たちはもっと注意を払うべきだ、と言う。一方、Peskin氏は、初期の低エネルギー・低ルミノシティでの運転で標準理論のヒッグス粒子が2013年以前に発見される可能性は低いとし、このことを正しく認識したうえでのプロジェクト提案が必要だと言う。

Peskin氏の報告の主要な基盤は、ILCリサーチ・ディレクター（物理・測定器責任者）の山田作衛氏が設立した物理関連問題共通作業グループによる検討である。Peskin氏が報告した仕事のほか、物理共通作業グループでは、ILCの段階的な発展を通した建設・運転の可能性、ヒッグス粒子の精密測定におけるILCの能力に関する関連情報収集、2010年からのILC物理・実験グループが測定器開発検討上の標準プロセスとして使う物理反応の吟味などを行っている。

山田氏は、ここで紹介した物理共通グループのほか、加速器測定器インターフェース、エンジニアリング・ツール、測定器R&D、ソフトウェアに関するものなど複数の共通タスク・ワーキンググループを立ち上げている。これらのタスク・グループは、二つのLOIグループ（ILD、SiD）を横断する代表者を含み、同時に、他の専門家もメンバーに得て運営されている。ILCに向けた全体的な活動のなか、共通タスク・グループの役割は、ますます重要さを増している。

［英文記事］

ディレクターズ・コーナー・バックナンバー

■ブログライン

10 November 2009 - Ingrid Gregor
Night of the Living Science

5 November 2009 - Frank Simon

The Ultra-Relativistic Limit

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

ILC Accelerator Design & Integration Meeting
DESY, Germany
2-3 December 2009

今後のスクール

The US Particle Accelerator School
sponsored by the UC Santa Cruz
Santa Cruz, CA, USA
18-29 January 2010

■ニュース記事

From Physics central
6 November 2009

グーグルアースの天国
「昨日、私は、グーグルアースを使って、素粒子物理学のための加速器の巨大さを実感することについてお話しした。グーグルアースは、また、加速器以外のビッグサイエンスの聖地を訪れるのにも使うことができる。たとえば、世界最大の望遠鏡を見てみるとか、星を探査する、といったようにである・・・」

［英文記事］

From Physics central
5 November 2009

ビッグサイエンスへ向かうグーグルアース
「・・・グーグルアースは、ビッグサイエンスのサイトを旅するすばらしい方法でもある。どうやって？まず、プログラムをダウンロードする。それから理想の目的地 ― Fermilab、CERN、KEK、SLAC ― のリストを作成し、それぞれのところへ飛んで行くのだ・・・」

［英文記事］

From The Times
5 November 2009

LHCからBill Bryson氏のメモ
私たちの新しい月刊科学誌Eurekaより：ベストセラー作家はCERNを訪問し、宇宙の謎を解こうとしている科学者に会う。

［英文記事］

■アナウンス

arXiv preprints
0911.1580
High Et Jet Production

0911.1566
Overview of Studies on the SPIROC Chip Characterisation

0911.1085
Signal and Background in e⁺e^- →t anti-t H

■今週のイメージ

DESYに13000人の見学者

（13 000 visitors at DESY）

先週土曜、DESYに13000人の見学者が送迎バスや徒歩で訪れた。DESYは今年50周年を祝し、施設を12時間にわたって一般公開した。正午から真夜中まで、DESYの工房、低温施設、分子生物学、素粒子物理学など様々なグループからの約800人ものスタッフによる、熱のはいった解説に、見学者たちは強い印象を受けた。ハイライトは、PETRAIIIとHERAの二つのトンネルが開放され、地下施設の全てを歩きまわることができたことだ。
画像はこちらから

ILC NewsLine 2009年11月5日号

ILC NewsLine 2009年11月5日号　［英文記事］

■特集記事

神秘的な宇宙－アルバカーキへ
大勢の聴衆を引き寄せた一般講演

(The mysterious Universe – brought to Albuquerque
Public lecture draws impressive crowd)

Jim Brau氏による宇宙の神秘についての講演は、アルバカーキの幅広い層の聴衆を魅了した。

一般講演は、ニューメキシコ大学で開催された。画像：ILC。

10月1日にアルバカーキ大学で開催された一般講演を行ったJim Brau氏（Brau氏はオレゴン大学教授であり、ILC物理測定器研究の米州地域コンタクトでもある）は、特に若い観衆に来てもらいたいと考えていた。もっともそれは、ティーンエイジャーや大学生を念頭においてのもので、7才の子供までも考えての上のことではなかった・・・。しかし、Brau氏の言葉は最年少ファンにも素粒子物理学をきちんと伝えたようである。－Abigail Zwartzさんは、熱心に取ったメモを、翌日学校で発表するほど、彼の講演にひきこまれたというのだ。

Brau氏の講演は、リニアコライダー・ワークショップ（正確には、アメリカ線形加速器物理学グループ会議：ALCPG09）中に開催された一般講演のはじめに行われた。「宇宙の神秘-粒子加速器で探る私たちの世界-」というタイトルの講演は、素粒子物理学に留まらず、周辺分野、ガリレオ、ニュートン、アインシュタイン、宇宙論、空間と時間、粒子、力、反物質、ダークマターとダークエネルギーなど全ての世界へ誘う、1時間の冒険物語であった。もちろん、これは次世代の素粒子物理学の大型プロジェクトを念頭においてのものである。今月、稼働再開予定の大型ハドロンコライダー（LHC）、そして近未来の将来計画、ILCのことである。

ニューメキシコ大学の人類学部の講堂で開催された一般講演には、多くの大学生、地元の天文クラブのメンバー、物理学教師、そして、もちろん、Abigailさんと彼女の両親など、100名以上が集まった。（Abigailさんの母は素粒子物理学者で、ワークショップの主催メンバーであり、一般講演も主催したのSally Seidel氏。）人目を引くポスターが作られ、この講演を宣伝するため数日のあいだキャンパスで掲示された。いや、されるはずだった。どうやら告知ポスターは学生たちのあいだで余りに人気を博し、ほとんどが一晩で掲示板から消えてしまったそうである。

この一般講演は大変に好評だったので、今後もリニアコライダーの会議に合わせて、同じような催しが行われることだろう。講演を引き受けてくださる方は、コミュニケーターまでご連絡ください！講演会は現地語で行われるので、プレゼンをしたり、真空、粒子、ブラックホール等についての質問に答えるときに何語で対応できるか、なども教えてください。

Brau氏は、1時間にわたり、基礎から始まって、仮説と実験を組み合わせ、様々な理論の位置づけを行い、今後の物理学の中心課題について話した後、アインシュタインの言葉を引用し、講演を締めくくった。「最も美しい経験は、神秘的なもの。そしてそれこそが、真の芸術や真の科学の揺りかごとなる根本的な感情だ」

• 「宇宙の神秘-粒子加速器で探る私たちの世界」のスライドはこちら。
• ポスターのダウンロードはこちら。

［英文記事］

■世界の各地より

Fermilab Todayより：SRF冷凍機システムは、なぜクール（冷たい、格好よい）なのか

（From Fermilab Today: SRF cryogenics system proves its 'cool' factor）

最近、エンジニアは、2K（摂氏-271℃）まで、このSRF試験ユニットを冷却した。

米国フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）は、超伝導RF（SRF）の専門技術の獲得にむけさらに一つの重要マイルストーンを通過した。

10月初め、新ミュオン実験棟のRFユニット試験設備の冷凍機システムの初のテストで、Fermilabは、超伝導前段加速空洞の絶対温度2度（2K：摂氏-271℃）までの冷却に成功した。これは、構想中のプロジェクトXなどの次世代加速器で使用が想定されている空洞の運転に必要な低温である。このテストの成功で、新試験設備での冷凍機システムは完了した。

「テストの成功によって、システムがきちんと機能し、仕事に自信をもってよいことが証明されました」と、エンジニアのJerry Leibfritz氏は語った。

今後、まず、空洞一台を格納できるこの小型クライオモジュールを使って、新ミュオン実験棟に最近設置された冷凍機とRF電源システムのテストが行われる。次に、FermilabはプロジェクトXやILC用で使われるのと類似のクライオモジュールの試験も行う予定である。

この極低温設備の建設にあたっては、予算制約のため、担当者たちは、Fermilabのテバトロンからの部品を使い回し、また、トーマス・ジェファーソン国立加速器施設（J-lab）から巨大な真空ポンプの払い下げをうけた。今後は、米国の再生・再投資法による予算拠出により、Fermilabでは新ミュオン実験棟に隣接した敷地に、劇的に能力を増強した大規模な極低温設備が建設される。

クライオモジュールの制作・試験を行う施設は、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）に大規模なものがあり、また、日本の高エネルギー加速器研究機構（KEK）でも稼働・拡張中である。米国では、Fermilabが、一台数百万ドルもするILC型クライオモジュールの制作・試験を行うことができる唯一の研究所である。Fermilabでのこの設備立ち上げは、DESY、INFN、KEKやアルゴンヌ国立研究所、J-lab、スタンフォード国立加速器研究所、コーネル大学などの内外のパートナーによる協力で可能となったものである。

［英文記事］

■ディレクターズ・コーナー

CLICワークショップ報告

(Report on the CLIC workshop)

Barry Barish氏

9月に米国アルバカーキで開催されたALCPGとILCの合同ワークショップの目玉は、Jean-Pierre Delahaye氏によるコンパクトリニアコライダー研究（CLIC)についての講演だった。彼は、CLICの状況と計画について非常に素晴らしい解説を行い、ILCからの観衆に好評を博した。これは、CLICとILCという2研究グループ間でのコミュニケーションと協調をより円滑にする活動が、さらに一歩進んだことを示すものだ。お礼に、私は、10月12日に欧州合同原子核研究機構（CERN）で開催されたCLIC09ワークショップでILCの状況と計画について講演した。アルバカーキでのDelahaye氏と同じように、私はCLICワークショップでも手厚いもてなしを受け、CLICの観衆と意気投合することができ、光栄であった。この熱心な研究者グループは、同じ究極の目標をもち、LHCを補完する私たちの次世代レプトンコライダーに取り組んでいる。個人的には、ワークショップに参加したことが、CLICの効果的な短期集中コースとして役立った。そこで私はワークショップでうけた個人的感想をいくつかお伝えしたい。

CLICは2ビームコンセプトがベース

CLIC駆動ビームコンセプトの原理実証を行うCTF 3試験設備の概念図（CLIC09ワークショップでのFrank Tecker氏の講演より）

今回のワークショップでは、2つのトピックが際立っていた。一つは、概念設計報告書（CDR）の2010年中の完成にむけた詳細な活動計画。もう一つは、CLICコンセプトを支える2ビーム加速方式の実現可能性を実証するためにCLIC試験設備（CTF3）で進められている野心的な実験である。LCにむけた測定器研究と多くの相乗効果をもたらしているCLIC物理学測定器の開発状況については、山本均氏がILC NewsLineで既に触れている。

CLICのCDRは、技術的な詳細さにおいて、2007年に作成されたILC基準設計報告書（RDR）に対応する、とのことである。RDRは、計画概要、加速器、物理・測定器の3巻から成る。しかし、ILCのRDRとは対照をなすのは、CLICのCDRでは、2ビーム実現可能性の試験結果の文書化が強調されている点である。ILC RDRがSCRFに基づいた加速器の概念設計を提示したところように、CLIC CDR は、二ビーム加速の考え方に基づいた加速器の概念設計を論ずることになる。留意すべきなのは、ILCとCLICでは基本技術が大きく異なってはいるが、コスト、性能、リスクなど、多くの重要な比較参照箇所があるところである。私たちは合同ワーキンググループ（ディレクターズ・コーナー6月18日号参照）を結成し、どのような点で、どのような比較を行えばよいのか検討をおこなうべく、対話を始めているところである。

CLIC CDRは、2011年前半にCERN理事会が重大な決定をするうえでの材料を提供する、非常に重要なマイルストーンである。CERN理事会は、CLICに関して、2016年までの複数年を通ずる技術設計に着手するか否かを決定することになっている。技術設計に加え、R&D、コスト対パフォーマンスの検討、エンジニアリング最適化、工業化といった課題についての作業が続けられる。CLICの指導部の見解では、この技術設計フェーズを経て、2020年代半ばのタイム・スケールで、CLIC建設に関する決定が可能になろう、とのことである。

CTF 3の設備パラメーターとCLICパラメーターの比較

CLICワークショップでの集合写真。画像提供：CERN。

建設準備にむけた私たちILCのアプローチは、多少異なっているので、コメントしておきたい。ILCでは、類似タイプのシステム運転やビームテストを重視している。その最初のものはDESYのFLASH施設であり、ここからは非常に多くのことをすでに学んでいる。また、より長期的には、ILCクライオモジュールを運転し、ビームテストを行う施設として、FermilabとKEKの両方で試験設備の建設のためにに大きな投資が行われている。

CTF3試験の成否は、CLIC技術をベースにレプトンコライダーの設計が可能かどうかを占う極めて重要な事項である。CTF3で現在行われているの試験には、2ビーム加速のテスト、RF構造、超低ビーム・エミッタンスとビームサイズ、測定器バックグラウンド問題、運営上のマシン保護問題などといった、多岐にわたる詳細なR&Dプログラムが含まれている。

私は、これまでも数回、CLIC/ILC共同研究グループについて書いてきた。ILCとCLICの間で実際に有用で意味をなす比較や情報交換を行っていくうえで、こうしたワーキンググループの役割は重要である。私たちは、こうした課題にいかに取り組むかに関して、ワーキンググループを通じてCLICと緊密に共同していきたい。

全体として、私はCLICで行われている熱心で献身的な仕事ぶりに大変感銘をうけた。ILCまわりの私たちは、LHCの次は、LHCが指し示すエネルギー領域で稼働するレプトンコライダーを建設するのが仕事になる、と考えている。CLICまわりの同僚諸氏もその点は同様である、次世代リニアコライダーに向け、異なるアプローチを継続するのは健全なことである。次世代の科学の可能性を考え、それに正しく適合する加速器技術を適切に準備していくうえで、これは必要なことである。

［英文記事］

ディレクターズ・コーナー・バックナンバー

■ブログライン

4 November 2009 - Ingrid Gregor
Capricorn One


30 October 2009 - Ingrid Gregor
The Naked Die!


29 October 2009 - Frank Simon
The IEEE/NSS conference: Exciting new Technology, Fun… and suffering

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

Linear Collider Testbeam Workshop
LAL, Orsay, France
3-5 November 2009

ILC Accelerator Design & Integration Meeting
DESY, Germany
2-3 December 2009

■ニュース記事

From Science Daily

2 November 2009

「ダークマターとダークエネルギーは95％の宇宙を構成」詳細な測定で明らかに

宇宙の構造の種の詳細画像を国際チームが発表..

［英文記事］

From CERN Courier
30 October 2009
加速器R&Dは、協力的な後押しを得る
EU委員会、および欧州の大学、研究センター、産業界は、新4年プロジェクトEuCARDを立ち上げた。これは、CERNがコーディネートする高エネルギー物理学、原子核物理学、光源のための加速器R&Dを中心とするもの。
［英文記事］

■アナウンス

◇トリック？不具合？
11月1日（日）、ドメイン名不具合があり、読者やILC共同研究者のみなさんがlinearcollider.orgウェブサイトの閲覧ほかを行うことができなくなりました。不具合の修正はすぐに行われたが、問題の性質上、正しいドメイン登録が全ネットワークに行き渡るには数時間かかりました。トラブルの原因は、現在調査中。

ILCウェブ・チームは、ご迷惑をおかけしたことをお詫び申し上げます。

◇arXiv preprints
0911.0006
SiD Letter of Intent

ILC NewsLine 2009年10月29日号

ILC NewsLine 2009年10月29日号　［英文記事］

■世界の各地より

ILC共同研究グループに関する中国からのニュース

（News from China on ILC collaboration）

工場での真空容器製作	被冷却体の組み立て作業
電子ビーム溶接の前のIHEP1.3GHzの大結晶低損失型9セル空洞	電場の一様性測定と調整（目標は98%の一様性）

国際リニアコライダー（ILC）の実現に向けての努力は、国際協力で行われている。そこでは主に技術開発に力が注がれているが、若い世代の育成も、ILCにとって重要である。9月7-18日まで、中国が受け入れ国となり北京の怀柔区で第4回国際リニアコライダースクール（ILCスクール）が行われた。21カ国69人の参加学生のうち、アジアからは29人が参加し、そのうち中国の学生は15人だった。2005年以降、ILC関連分野を専攻する中国の博士課程の学生は着実に増加しており、その研究開発項目はビームダイナミクス一般、最終収束系、超伝導技術（超伝導空洞、カップラー、クライオスタットなど）、陽電子源、ダンピング・リング、など幅広い。素粒子物理学から始まり、詳細な加速器物理とそのテクノロジーを学び、具体的なプロジェクトへと向かう途上で、学生がILCスクールに参加して世界からの知識を吸収するのは、非常に重要で、実り多いものだ。中国の学生がILCスクールの修了試験で高得点を得たことも、中国にとってよい知らせだ。第一回目のスクールで、彼らはトップ10のうち第二位（中国科学院高能物理研究所：IHEP）、第三位（IHEP/北京大学）、第八位（精華大学）を占めた。第三回目のスクールから、中国の学生は、成績リストの一番上に名前を並べている。主催者として、ILCの世界的な共同研究グループとの活発な関係より、こうした優れた成績を挙げることで学生が得るものは大きいと思っている。毎年、630万人の学生が、中国の大学を卒業する。人的資源の質と量の良いバランスは、ILCのような世界規模の大きな科学共同研究グループに中国が参加するうえで、非常に重要である。

IHEPテスト・クライオモジュールの内部構造

ILC関連の技術開発に関しては、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY)の欧州X線レーザープロジェクト（XFEL）との共同研究で、IHEP（北京）はプロトタイプPXFEL1のためにその極低温の構成部品（「被冷却体」）と同様に長さ12.2メートルの外の真空室から成るクライオモジュールを製作し、1メートルにつき平均で30メガボルト以上の（加速）勾配がでることが検証され、大きな成果を挙げることができた。こうした進捗は、IHEPでのILC関連の技術開発も後押しする。例えば、9セル超伝導空洞、強力なカップラー、テスト・クライオスタット、低レベルの高周波（RF）の制御、チューナーと空洞表面処理技術などである。IHEPの1.3GHzの9セル超伝導空洞のための空洞横置き試験装置は、欧州と米国のテストスタンドと類似しているが、アジアで唯一の1.3GHzの9セル空洞専用の独立空洞テストスタンドとなるだろう。高エネルギー加速器研究機構（KEK）の超伝導RF試験施設（STF）でのクライオモジュールは、4つの空洞を納めるものだからだ。中国のこのプログラムの狙いは、ILCで必要とされる、高加速勾配の性能のばらつきの小さい空洞を組み立て、1.3GHzの強力なカップラーや、チューナーとLLRFと組み合わせたクライオモジュールの安定な運転制御システムを組みあげることである。このテクノロジーを適用した、60MeV 1.3GHzの超伝導直線加速器による、エネルギー回収型リニアックとテラヘルツ試験設備への応用がIHEPで計画されている。

来年3月26-30日のあいだ、国際リニアコライダーワークショップ2010（LCWS10とILC10）が、中国・北京にある友誼賓館（フレンドシップ）ホテルで開催される。2008年にオリンピックが開催された北京は、この重要なワークショップへの世界の友人の参加を大いに歓待する。このワークショップからより多くの進展が報告されることを期待している。

［英文記事］

■特集記事

1枚のシートに全てをプロット
空洞研究のための標準ツールになるDESYデータベース

（One sheet to plot them all
DESY database becomes standard tool for cavity research）

9セル空洞のための新しい世界データベース、そこではCamille Ginsburg氏が写真で持っているような単セル空洞は扱わない。 画像：Fermilab。

アイデアは、単純に見えるー9セルTESLA型空洞に関する世界中に存在する全てのデータを集める-、正確に言えば、すべてのテスト、製造過程、そして加速勾配の記録などを、ひとつのフォーマットにまとめる。目的は、世界中の全ての空洞作製者が空洞性能を比較するための必要なデータを引きあてることができるようにすること、である。しかし、既存の複数のデータセットを一つに統合しようとした人なら誰でもわかるように、これは、そんなに容易なことではない。しかし、ILCの加速器の専門家は、世界初の世界的な空洞データベースをセットアップすることを決心し、このためにDESYによって開発されたデータ・ベース・システムを使うことにした。

この作業を後押ししているのは、ILCの挑戦のひとつ、『性能歩留まり』というキーワードである。これは、 『空洞のうち、いくつの空洞が必要な加速勾配に達したかの割合』を意味する。『加速勾配』とは、単位長さあたり（つまり1メートルあたり）電子または陽電子に空洞が与えることができるエネルギーのことで、この加速勾配の性能を確立するのがILC研究開発の中心的課題の一つなのである。 高い加速勾配とは効率的な加速を意味し、これは短い距離による加速ということも意味するので、低コストの実現にもつながる。性能歩留まりについての信頼おける議論を行うには、大量の統計データに依る以外の方法はない。「そういうわけで、私たちには統計が必要です。世界中からのデータを比較して、空洞成績の期待値を高い信頼度で評価するために、このデータベースが必要なのです」と、ILC空洞データベース・プロジェクトを担当している米国フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）のCamille Ginsburg氏は言う。

空洞データベースに基づくプロットの例。

ILCの空洞表面処理に取り組んでいる研究所（Fermilab、米国ジェファーソン研究所、コーネル大学、DESY、KEK）はDESYのDieter Gall氏とVladimir Gubarev氏が開発してきたDESYデータ・ベース・システムを使用することに7月に同意した。これまでに76台の空洞のデータ（たとえばTB9ACC011といったプロダクション名、近年行われた全高周波テストや表面処理の情報）がアップロードされ、サーバーに暫定保存された。これらのデータベースを使えば、集積されたデータにたいして同一条件の『カット』を施すことができるようになる― たとえば特定のメーカーでつくられた微粒子ニオブ製の空洞の初のテスト後のデータだけを見る、といったようにである。このデータベースによると、1メートルにつき約15メガボルトの加速勾配が出せる空洞はどれほどの頻度であるのかというと、それは100%である、つまり15MV/mの性能歩留まりは世界の空洞を集めてくると100%であるのがわかる、といった具合である。加速勾配性能の要求値を上げるにつれて、性能歩留まりは下がるが、いろいろな「カット」を適用して対応する性能歩留まりを研究すれば、空洞開発メーカーに対して、開発コスト研究や空洞処理R&Dへの定量的なガイダンスを提供することも可能になる。

最終的には、このデータベース研究によって、ニオブ材の選別や空洞表面処理のよりよい理解が得られる可能性があります。「ですが、私たちはR&D目的のためだけにこのデータベースを使っているわけではありません」と、Ginsburg氏は言う。欧州XFELの全ての空洞のデータも同様にデータベースに集積されることになっている。ILC運転のための31.5MV/m、ILC試験のための35MV/mと比べて、XFELで要求される加速勾配は25MV/mと低いものでああるが、基本的な性質はよく似ている。研究チームは、次の夏までにさらに約16台の空洞のデータを追加する予定であり、性能歩留まりと空洞製作についてのより深い理解が進むことが期待されている。

［英文記事］

■ディレクターズ・コーナー

どこでも加速器－ILCで

（Accelerators everywhere – the ILC in context）

Brian Foster氏

今号のディレクターズ・コーナーは、国際共同設計チーム（GDE) 欧州地域ディレクター、Brian Foster氏の執筆。

「ツイッター」や「フェイスブック」のファンではないけれども、「今何してる？」という質問へ答えることが、今回に限っては面白いと言える。私は、〆切に間に合うよう、ワシントンD.C.で開催中の米エネルギー省が後援する「米国の将来のための加速器」会議の昼休みにこの原稿を書いている。この会議は、米国における将来の加速器物理の認知度を高め、戦略を示すのが目的である。午前の講演には、啓発されたり、面白かったり、腹を立てたり、バラエティに富んでいた。続きを読んで欲しい。

ワシントンD.C.で開催された「米国の将来のための加速器」会議から、Brian Foster氏の執筆。

私自身、加速器物理学者ではないが、近頃の私は研究時間の大部分を、ILC欧州地域ディレクターとして過ごしている。そこで、加速器物理の分野について私がよく知っていることを少しだけ取りあげてみた。加速器科学への私の関わりは長年にわたるもので、素粒子物理学の進歩は、加速器の進歩によるものだということを紛れもない真実と私は信じてきたし、加速器は私たちの研究生活と切っても切れないものである。したがって、「加速器」は、私の生涯でもう一つの大きなの関心事である「啓蒙活動」の手段として、また、「インパクト」、「情報交換」、「技術移転」など、私たちがいわゆるブルースカイ・リサーチ（応用への糸口が見えない基礎研究）への予算拠出のために政府がひねり出す「はやり言葉」に裏付けをあたえるうえで、極めて有効である。そうした信念を持っていたので、私は、英国オックスフォード大学とロンドン大学ロイヤル・ホロウェイ校の共同施設である、ジョン・アダムズ・加速器科学研究施設（JAI）を立ち上げたのである。この施設はまもなく、Ken Peach氏の後任として、私たちILCの同僚であるAndrei Seryi氏を施設長として迎える。これらはワシントン会議に参加した理由でもあったので、私は米国加速器科学における教育プログラムを拡大する際の手本の例として会議中にJAIの名が挙げられるのを聞いて、非常に嬉しく思った。

加速器科学分野で大学院生を教育することの重要性と、広範な分野をカバーするという加速器の特性については、DOE科学局の新局長、Denis Kovar氏とWilliam Brinkman氏の序言で強調された。ILCにも多数の言及があり、これらについたは以下で述べる。しかし、午前のセッションのヤマ場は、ロッキード・マーチン社の前CEO、Norman Augustine博士の講演であった。Augustine氏の名前は、いろいろな米国の政府研究委員会（特にEPP2010）での活躍を通して、私たちの多くがよく知るところだ。彼は、米国の将来科学における、加速器の意義を強調した。彼のいくつかの発言は、非常に励まされた。彼は、素粒子物理学を、エキサイティングかつより深い思索を促す重要なものと位置づけるものとともに、物理理論で未解決の問題のいくつかを解明する新粒子を発見することより知的刺激をそそられることが他にあろうか、と問いかけたのだ。彼はまた、非常に印象的な話も披露した。企業内施設、例えば伝説のBell研究所のような企業研究所で重要なR＆Dが行われる時代は、終わっている、と言うのである。彼の会社（Lockheed Martin社）では、あるR&Dの推進にのめりこむようになり、それを継続するためにR&D予算を大幅に増やす計画を立案した。この予算増額は会社全体のバランスシート上ではほとんど目立たない程度のものだったのだが、CEOはこのR＆Dの持つ将来的な見通しに非常に自信を持っていたため、ウォール街で投資マネージャー相手にプレゼンをした。すると、彼の講演がまだ終わらないうちに、観衆はロッキード社の株を売るために会場を去リ始めたのだ。そしてその後数年で、株は、30%も値が下がってしまった。その理由について、ウォール街の匿名のアナリストが述べたことについて、意訳すると、「いいですか。R&Dの資本回収期間は10年。平均的な株主が株を所有するのはおよそ18ヵ月です。R&Dが完成するころまでには、大概の投資家はライバル社の株に買い換えているでしょう。そのとき、あなたの会社がこれ以上アイディアは持っていなければこれ幸い、というわけです。要するに、私たちはそのような近視的なマネジメントの会社への投資を勧められないのです」。少なくとも英国においては非常に明らかに、より商業生産と密接に関係した研究に向けて重点をシフトする動きを推進しているのは、おそらくはこうした手の市場の力である。市場がもはや会社にR&Dへの投資を許さないのであれば、政府が唯一の資金源となる。しかし、政府は昨今の財政展望のなか、R&Dの総予算を増額する考えはない。そこで、応用研究から新しい製品が生まれるのが確かであれば、このような方向転換は必然的となろう。

これは、私が上に触れた午前の、啓蒙的な部分である。腹が立った部分というのは、Brinkman博士が発言中に触れた、2,000億ドルのILC「コスト」のDOEが出した数字へのAugustine博士の反応であった。Augustine博士はEPP2010のときILCを検討していたときは1,000億ドルであったと述べ、ILCのコストは制御がきかなくなってしまった、との印象を聴衆に与えたのである。私たちはみな、それは真実ではなく、そして、加速器設計と統合（あるいは、ストローマンベースライン2009）プロセスにより、ILCのコストを下げるための懸命の取り組みが進んでいることを知っている。Augustine博士が言及した「ILCコスト」の変化の主要部分は、DOEが、将来のしかるべきときに仮定する建設時期に至るまでのインフレ率（毎年4%）、そして、さらに建設期間中のインフレ分を見込んだ補正をかけた、「そのときの実支出額」としての数字だ、ということだ。これらを足しあげて、DOEの会計で算入する必要予備費も加えた総計で、2,000億ドルという数字になるのだ。Augustine博士がこの数字を聞くと、ILCコストが増大したと思うかもしれない。しかし、実際に増えたのは、DOE会計実務の保守主義者ぶりのほうである。2025年にカップ1杯のコーヒーの価格を同じように話しはじめたら、スターバックスの株価は、Augustine博士の逸話でのLockheed Martin社と同じような運命に苦しむことになるだろう。明らかに、私たちは、コスト抑制の努力を続け、実際にコストを下げるべきだが、おそらくより大切なのは、私たちが言っているコストとは何なのか、を幅広く、正確に、確実に（特にAugustine博士のような有力な人物）伝えることである。

会議の話に戻ろう。午後のセッションは、加速器の歴史と将来について語るMaury Tigner氏の講演からはじまったところだ。加速器は本当に現代科学の基礎の多くを支えている。宇宙の基本的な構造であろうが、または今年のノーベル化学賞が与えられたリボゾームの特徴であるにせよ、構造を知る、ということに科学の基礎があるからだ。私たちは、できるだけ早くILCを稼働させる必要がある。解明しなければならない構造は、本当に、いたる所にあるからだ。

［英文記事］

ディレクターズ・コーナー・バックナンバー

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

2009 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
Orlando, Florida, USA
25-31 October 2009

6th ILC Positron Source Collaboration Meeting
IPPP, Durham, UK
28-30 October 2009

6th ILC Positron Source Collaboration Meeting
IPPP, Durham, UK
28-30 October 2009

Linear Collider Testbeam Workshop
LAL, Orsay, France
3-5 November 2009

■ブログライン

25 October 2009 - Frank Simon
The Sunshine State

■ニュース記事

From CERN
26 October 2009

ビームがLHCに戻る！
「先週末（10月23-25日）、2008年9月の事故後1年間の停止後はじめて、大型ハドロンコライダー（LHC）に再びビームが戻った・・・.」

［英文記事］

From Science
22 October 2009

それはある！オバマは粒子加速器による「神の粒子」レースを強化
「.・・・6月末に49億ドルの科学局長となったBrinkman氏は、LHCで垣間見る新粒子と現象の詳細を研究する、全長30キロメートルの直線粒子加速器ILCの提唱者にたいして厳しい言葉を投げかけた・・・.」
［英文記事］

■アナウンス

◇熱狂を聞く：米国の加速器の将来

（Hearing the buzz: future of accelerators in the US）

加速器は、最近ちょっとした話題の言葉だ。べつに驚くことでもないがー。というのは、LHCが間もなく運転を再開するし、テバトロンがまだ精力的に運転しているからだ。先週と今週、加速器の話題を集中的に扱う2つの会議がワシントン（DC）で開催された。10月22日の高エネルギー物理学評価委員会（HEPAP）と、10月26日の（今号のBrian Foster氏のディレクターズ・コーナー参照）の『米国の将来のための加速器』会議である。講演と議論の多くはILCに関係するものであり、米国における関係者の見解と加速器計画を知りたい場合は、HEPAP講演はこちら。米国の加速器会議の講演はこちらより。

◇arXiv preprints
0910.4753
Future Facilities Summary

0910.4384
Superconducting RF cavity R&D for future accelerators

0910.3924
TeV Scale Inverse Seesaw in SO(10) and Leptonic Non-Unitarity Effects

0910.3820
Calibration Studies and the Investigation of Track Segments within Showers with an Imaging Hadronic Calorimeter