Japanese Highlights

ILC NewsLine 2011年2月17日号

ILC NewsLine 2011年2月17日号　［英文記事］

■リサーチ・ディレクター・レポート

Jim Brau氏

ILC研究者グループ、オレゴンで開催のALCPG11に集合

（ILC community meets in Oregon for ALCPG11）

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、米州地域測定器コンタクトをつとめる、Jim Brau氏の担当。

私は 過去数週間にわたり、私の本拠地、米オレゴン大学で開催予定の次回のアメリカ地域ワークショップ（ALCPG11）の準備にかなりの時間を費やしてきた。世界中からたくさんの同僚たちがユージンにやってくるので、わくわくしている。コライダーや測定器、物理、そしてそれらに横断する問題に取り組む、有益なワークショップになるに違いない。

3月にオレゴン州ユージンでリニアコライダーワークショップが開催される。

アメリカで前回会議が行われたのはアルバカーキだが、そのときに比べると、作業は随分進んでいる。当時は、国際測定器諮問委員会（IDAG）評価プロセスをちょうど終えたばかりで、認証された２つの測定器グループは、詳細ベースライン設計（DBD）の準備作業に取り掛かり、 2012年内に完成が目指すDBD報告書の執筆がはじまっていた。現在はその半分を終えたところで、多くの仕事がなされたが、多くの課題も残されている。 認証された２つの測定器グループ、ILDとSiDは、再度、ユージンでIDAGと会合を行い、DBD完成に向けて、現状確認、予想、計画などについて討論 する。

アルバカーキのワークショップでは、国際共同設計チーム（GDE）が開始した再ベース ライン・プロセスに関する全体会議での議論に、加速器家、実験家、理論家など数多くの研究者グループが参加した。将来のユーザーへ向けた、加速器研究者グ ループによる、新たな設計の最初の公式発表が行われたが、これはそのころ、ストローマンベースライン（SB2009）と呼ばれていたものである。そのと き、設計上のコスト、リスク、性能のバランスをとるさい、関係者の見方に開きがあることが明らかになった。設計バランスについて、各研究グループは、それ ぞれ特有の見方をする。実験家や理論家は、ILC性能の将来的展望を重視するけれども、物理研究上の加速器の性能を定量化するのは容易なことではない。物 理についてだけ考える場合でも、得失評価は必要になってくる。だが、コストとリスクは避けて通れない要素であることもよく認識されている。

アルバカーキ会議をうけ、より緊密なコミュニケーション・チャネルが設けられた。リサーチ・ディレク ター、山田作衛氏により、物理と新設計の実験問題について考慮するグループがつくられたのだ。私は、山田氏に、このグループの委員長をつとめるよう依頼さ れた。そして、私たちは問題を整理し、最適設計に向け作業を行っていくために、GDEの研究者たちと密接に協力してきた。2010年3月に、北京で開催さ れたリニアコライダーワークショップに研究者グループが集まったときには、すでに相当の問題理解がすすみ、加速器側では物理測定器グループの懸念に応える 作業が始まり、新たな加速器設計改善のアイデアも出ていた。そして、ベースライン・アセスメント・ワークショップ（BAW）が行われるまでの数ヶ月のあい だ、こうした議論はさらに深められることとなった。

こうして、2010年9月に高エネルギー加速器研究機構（KEK）で開催されたBAW-1、また、2011年1月に米SLAC国立加速器研究所（SLAC)で開催されたBAW-2で、新ベースライン設計に ついての議論が行われ、最終化に至ることができた。多くの努力と対話の後、よりしっかりとした、より高い性能をもつ設計を実現することができたのだ。

ALCPG11という機会を得て、まもなく米国に皆が再び集まる。私たちは、8つの並列セッションと、物理に特化し た2つの全体会議を盛り込んだ、充実した物理プログラムを尾ｙていしている。全体会議の講演では、ILC以外の話題としてテバトロンの成果、大型ハドロン コライダー（LHC）の現状と展望、コンパクトリニアコライダー研究（CLIC）測定器なども取り上げる。LHCについては、実験報告や物理の講演で多く 触れられるだろう。ILCの展望を論ずるとき重要な意味をもつ話題だからである。測定器のR&Dプログラムも引き続き活発で、沢山の面白い最新の 結果が期待される。SiDとILD　の両グループは、各々自分たち自身の全体会議セッションを企画している。そして、この会議では、今回も加速器関連の同 僚諸氏とのより良い交流が期待される。

来月みなさんにお会いできるのを楽しみにしています。

［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

■特集記事

symmetrybreakingより：グローバル・フォトウォーク入賞作品の特別展示、世界中で開催
（From symmetry breaking: Particle Physics Photowalk Exhibits Open Around the Globe）

この一連のイベントは、フォトウォーク開催、コンテスト、作品カレンダーの順で展開し、このたび展示会の運びとなったものである。

国際選考委員会が最優秀賞に選んだ、カナダトライアンフ研究所（TRIUMF）の8Pi実験装置の写真。8Pi実験の内部測定器の落ち着いた白黒画像は、物理の対称性を追求するもの。（撮影：Mikey Enriquez氏 ）

2月11日から、第１回グローバル・フォトウォークで撮影された写真の展示会が、アジア、欧州、北米で開催されている。展示会 は、2月11日から、スイスの欧州合同原子核研究機関（CERN）、米イリノイのフェルミ国立加速器研究所（Fermilab）、日本のKEK、2月21 日からは、TRIUMFで、そして、来年中には、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の企画によりドイツで開催予定。

フォトウォークが開催されたのは、2010年8月7日。200人以上のアマチュア・ カメラマンに立ち入り許可が与えられ、CERN、DESY、Fermilab、KEK、TRIUMFにある科学施設を巡った。参加者は、地元コンテストと 世界コンテスト向けに、数千枚の作品を提出した。展示会では、研究所毎のコンテストに入賞した地元入賞者の作品もあわせて展示される。全5か所の展示の目 玉は、国際最優秀作品に選ばれた、TRIUMFの8Pi実験を撮影したMikey Enriquez氏の写真とDESYのワイヤチェンバを撮影したHans-Peter Hildebrandt氏の写真だ。

フォトウォークは、アジア、北米、欧州にある素粒子物理関連の研究所が共同運営する広報組織「Interactions」が企画したもの。次回のフォトウォークの開催を2012年に予定している。

お近くのフォトウォークの展示会場については、http://www.interactions.org/cms/?pid=1030491をご覧ください。

プレス・リリース

［英文記事］

■ディレクターズ・コーナー

Barry Barish氏

ILC-CLIC一般問題グループからの中間報告

（Interim report from the ILC-CLIC general issues group）

2010年1月11日、ILC運営委員会とCLIC共同研究グループ委員会は、相乗効果を期して、リニアコライダーなどの一般問題を議論するためのワーキンググループをつくった。このグループはこの一年の間定期的に会合し、今月、各々の上部機関に中間報告書を提出した。これまで、彼らは任務のうちの、最初の2点に集中して取り組んできた。「ILCとCLICの設計概念の深化を効率よく進める協力項目の整理」、「ILCとCLICの詳細な活動計画を吟味し、サイト選定、技術問題、プロジェクト計画に関して共通の課題を洗い出すこと」。中間報告ではこれらに関する検討結果をとりまとめ、いくつかの結論案を提示している。

CLICとILCの想定スケジュールをLHCから期待される出力と併記したもの

ILC-CLIC一般問題グループの共同委員長を務めるPhilippe Lebrun氏とMike Harrison氏

共同ワーキンググループによる、ILCとCLICでの最終収束必要条件の比較

一般問題ワーキンググループのメンバーは、Eckhard Elsen（DESY）、Mike Harrison（米ブルックヘブン国立研究所（BNL）、共同議長）、Philippe Lebrun氏（CERN、共同議長）、Ken Peach氏（オックスフォード）、Daniel Schulte氏（CERN）、横谷馨氏（KEK）。今のところ、それ以上の長期展望については不確定性が大きいということで、グループが集中したのはここ数年についての議論や勧告である。たとえば、LHCの物理結果は、ILCの初期エネルギー設定として望まれるものにどのような影響を及ぼすか？CLICの開発予算縮減と2012年以降の ILC組織上の課題を踏まえ、将来のプログラムはいかにあるべきか？といった課題である。

共同作業は、ビーム収束系と加速器測定器インターフェース、土木工事と施設関連、陽電子生成、ダンピングリング、ビームダイナミクス、コスト、スケジュールなどに関し、ワーキンググループを通じて進められている。一般問題グループの検討では、これらの多くの分野で建設的な作業が進行中で、両プロジェクトに資するCLIC-ILC間の専門合同ワーキンググループの継続が推奨された。

リニアコライダーで遭遇する最大の難題の一つが、サイト選定である。主催国、研究所、サイトが決まっていない時点ではあるが、この問題にはできるだけ現実的に取り組む必要がある。ILC基準設計で、私たちは世界の3領域（アジア、欧州、米州）で『サンプルサイト』の検討を行った。それらの研究や、私たちが現在行っているILC技術設計活動での基本姿勢は、技術的要件がサイト選定にいかなる条件を与え、また、サイト選定がリニアコライダーの設計にいかなる影響を与えるのかを明らかにすることである。

ILC-CLIC一般問題グループは、リニアコライダーの基幹テクノロジーの選択と建設地の関係についての議論も行っている。合同ワーキンググループは、以下の興味深い言明を行っている：

リニアコライダーは、全く新しい加速器複合施設とみなすべきである。すなわち、現在、リニアコライダーの総コスト低減のためはこれを流用すれば良い、というように想定できる既設の加速器基盤施設は存在しない。従って、既設施設の存在をもとにサイト選定とテクノロジー選定を連関させて考えるべし、とする根拠も存在しない。既設の加速器研究所において、あるいはその近傍にリニアコライダーを建設する場合では、既存の技術・事務・研究基盤を流用することで、『サラ地』のサイトと比較して、総コストにすれば無視できない低減を期待することはできる。しかしながら、この規模の国際プロジェクトにおいては、建設・運転双方の期間にわたって国際研究コミュニティの需要に応えるインフラストラクチャはホストが当然提供すると考えられている。従って、既設研究所（またはその近傍）にサイト候補を限定する理由として説得力あるものは存在しない。

この中間報告では、他にもいくつかの実質的な結論が述べられていた。たとえば、グループは、リニアコライダー向けの様々な段階的方法を調査し、「全体として、ワーキンググループは、段階的建設を通してコスト低減を図ることについては、現時点ではさらなる調査に値する方向性を見いだすことができない」という、結論を下した。この問題は、リニアコライダーは必要な建設予算が膨大であるため、これは繰り返しもちあがるものである。将来の開発結果によっては、この問題に再び取り組むことになるかも知れないが、ワーキンググループのこの結論は、取り組むべき課題の一つを除外するものである。

報告書はまた、建設着手推進前に行われるべきシステム試験について、ILCとCLICの研究グループは同意しておくべきこと、そして、コスト予測に関する共同研究のアプローチについて、提言している。

以前にも書いたように、私見だが、LHCによって新たな物理フロンティアが拓け、将来の方向性が見えたならば、私たちのコミュニティは、一つのよく考え抜かれたリニアコライダーを推進する一つの世界コミュニティとして行動すべきだと思う。そのさいのリニアコライダーとは、ILCとCLICのいずれかである。ILC-CLICの一般問題ワーキンググループのこの中間報告は、その到達点に向けた深い考察に支えられた一ステップと言えよう。

［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

16 February - Fermilab
Proposed FY2011 budget cut would be tough on Fermilab


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■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

End Station Test Beam (ESTB) Workshop 2011
SLAC
17 March 2011

2011 Linear Collider Workshop of the Americas (ALCPG11)
University of Oregon, Eugene, Oregon, USA
19-23 March 2011

2011 Particle Accelerator Conference (PAC'11)
New York Marriott Marquis Hotel, New York, NY, USA
28 March - 1 April 2011

■ニュース記事

From CERN Bulletin
14 February 2011

シンチレーション検出器結晶：最高級品は少量包装で
欧州のプロジェクトENDO TOFPET-USは、（このプロジェクトにはPH部門チームが関係している）先月、公式に開始された。
［英文記事]

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From CERN Bulletin
14 February 2011

AIDA－欧州の粒子検出器研究の地平を拡げる
欧州連合（EU)ほかから総額2600万ユーロの予算拠出を受け、AIDA (アイーダ：Advanced European Infrastructures for Detectors at Accelerators)は、来週、CERNで公式に立ち上がる。
［英文記事]

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From National Science Foundation
11 February 2011

ヒッグスの年？全米科学財団（NSF）からウェブの生放送
オープニングで、CMSとATLASの2つの実験チームの物理学者に、ヒッグス粒子の検索について、また2011年に予測されることについて訊く。
［英文記事]

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From Nature
10 February 2011

予算削減の標的となる米国研究機関
予算案で最大のカットを受けたもののなかに、エネルギー研究と環境保全がある。
［英文記事]

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From ars technica
10 February 2011

自然科学研究の負担：テラバイト単位の研究データの数十年にわたる保管
自然科学の研究では大量のデータが収集される。こうしたデータをまとめ、保存し、分析し、そのすべてを有効に使うのは、必ずしも簡単ではない。
［英文記事]

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From Science Business
2 February 2011

EUの素粒子物理の研究基盤を拡充する26,000万ユーロの計画
EU資金によるこのプロジェクトは、欧州における主要な研究基盤のアップグレード、改良、統合をめざすもの。
［英文記事]

■アナウンス

◇ILC Report
2010-027
Report of the fifth meeting of the ILC Project Advisory Committee (PAC)

◇arXiv preprints
1102.1892
Charged Higgs Boson Physics at Future Linear Colliders

1102.1883
Fermion Condensate as Higgs substitute

■今週のイメージ

プロがとらえたTPC

（TPC in the right light）

テストビームの開始を控え、一連の新たなテストに向かって準備を整えるILDタイムプロジェクションチェンバのプロトタイプ－プロのカメラマンの写真。画像提供: Heiner Müller-Elsner氏（DESY)

 

ILC NewsLine 2011年2月10日号

ILC NewsLine 2011年2月10日号 [英文記事]

■世界の各地より

陽電子エネルギーを広げる
ILC研究者による高信頼性陽電子標的の開発

（Spreading the positron energy around
ILC scientists develop a robust and reliable positron target）

ILC用の陽電子標的の耐久テストがまもなく始まる。

国際共同設計チーム（GDE）の研究者たちは、陽電子生成標的の開発に取り組んでいる。陽電子生成標的は、光子を照射されて1秒間におよそ10¹⁴個の陽電子を生成する一方、過熱することなく動作しなければならない。そのためには、陽電子生成標的は2,000回転／分で安定に回転しつつ、入射する光子のエネルギーに耐え、発熱を押さえる必要がある。

鋼鉄で覆われた保護区域内に設置された回転陽電子標的。二極マグネット（後部）は、渦電流のテストのさいに1テスラの磁場をつくる。最前面にある2つの薄灰色の箱は、回転車輪の縁温度を測定するもの。画像：Ian Bailey氏

回転陽電子標的プロトタイプの隣にある回転部のオフカットのひとつを手にするIan Bailey氏。オフカットは回転部材の研究に使われる。回転部の後ろにモーターが見える。画像：Ian Bailey氏。

「これまでに誰もやらなかったことに挑戦しています。いまのところは、順調です」と、英国コッククロフト研究所のIan Bailey氏は語った。

ILC陽電子源の心臓部は、チタン合金製の陽電子標的を5つのスポークで支えられた直径1メートルの回転車輪にしたものである。10MeVの光子ビームは、この回転車輪の縁に照射される。光子ビームが当たる効果は車輪縁の全体に拡散し、一カ所にだけ光子ビームが集中した場合に比べて熱的負担が軽減されるのである。標的に当たった光子は、電磁シャワーを発生し、そこから陽電子や電子がつくられる。

この回転部の試作品は、2008年に英国のコッククロフ研究所トとダルスベリー研究所で制作された。試験によれば、この装置は光子の照射と、それによる熱負荷に耐えられるはず、という結果が得られている。

「標的に当たる光子ビームは非常に強力なものです」と、ダルスベリー研究所のJim Clarke氏は語った。彼は、GDE陽電子技術エリアグループのグループ・リーダーとして、この堅牢な回転部を制作する研究の先頭にたった人物である。

光子の照射は、熱源の一つである。だが標的の直下流に設置されたフラックスコンセントレータと呼ばれる電磁石は、さらにもう一つの熱源である。

フラックスコンセントレータは、標的から出てくる陽電子を捕え、加速空洞へと導くもので、ILC陽電子源のなくてはならない一部分である。だがフラックスコンセントレータが発生する磁場は、回転標的の金属内部に渦電流（エディー電流）と呼ばれる電流を誘起する。そしてこの誘起電流も、発熱、温度上昇の要因となる。

渦電流のシミュレーションは難しい。シミュレーションには三つのチームが独立に取り組んだが、三者三様の結果が得られてしまっている。光子ビームの照射によるものとは別に、20キロワット近くもの熱が車輪を駆けめぐる、というのは、悩ましい問題である。

「磁場中で回転する金属車輪に何が起こるか？というのは、19世紀の物理の問題です。古典物理学ではありますが、見た目ほど簡単ではありません」、とBailey氏。それで、チームは実際に標的を制作して実験的に問題を追求することとし、様々なモデルとの比較を行うことにした。

「正しいモデルを確立する最善の手段は、回転標的を制作して磁場中に置き、実際に回転させることだと分かりました」と、Clarke氏。テストの結果、渦電流の悪影響は簡単に回避できるものであることが見えてきた。だが、チームは、実験を説明するモデルの確立のための比較研究をまだ続けている。

また、標的のスポークと外周部（陽電子が当たる場所）のまわりに冷却水を送り、発熱を抑えることもしなければならない。

「回転車輪に冷却水を導入し、その水を再び外にとり出すのは大変複雑な操作です」と、Clarke氏。米国のローレンス・リバモア国立研究所のチームが現在、標的の実物大模型の試験を行いつつあるが、その主題の一つは回転部のシャフトでの冷却水経路の扱いである。

熱だけが回転標的の問題ではない。回転という動作そのものにも問題が伴う。

「回転部がベアリングから外れて、すっ飛んでいってしまわないか、という懸念もあります」と、Clarke氏は語った。そのため、特別な保護をつけた鋼のバンカーの中に回転部は置かれているが、ダルスベリー研究所の試験では、拘束で回転する標的は自分の回転力ですっぽ抜けて飛び出さないことは確認されている。

システムの機械的安定性については、リバモアで予定されている今後の試験でも綿密に調査されることになっている。

「私たちは実際のILC用に制作するものと同一の機器を制作しようとしています」と、リバモアのJeff Gronberg氏は述べた。彼らは機械共鳴によって危険な振動が起こることがないか、確認のため、支持機構の回転体動力学を調べている。

回転体動力学の研究では、真空シールの試験も行わなければならない。回転部は、シャフト上に設置されるが、そのシャフトの一部は大気中、別の一部は真空中にある。シャフトは1分間に2,000回も回転する。その条件下で、シャフト真空シールは真空封止の役目を果たさなければならない。これはトリビアルなことではない。

磁性液体シールについての研究は、現在、リバモア・チームが行っている。これは真空封止しつつシャフトの自由回転を行うためのものである。

リバモアの標的システムの実寸模型では、6ヵ月の連続運転を行う予定である。24時間週末休みなしの試験は大層なものに見えるかもしれないが、Gronberg氏は実際のILCで求められている耐久力を考えなければならない、と言う。

「この回転部が動作していない条件での、主加速器の運転は無い、ということです」と、Gronberg氏。

「陽電子標的は、複雑なエンジニアリングの産物です。私がこれまで触れたなかで、ILCは最もやりがいのある陽電子源プロジェクトです。これまでのところ、ベースラインは何とかなりそうです」（Bailey氏）

 

[英文記事]

多数の小型クライストロンで柔軟性と操作性を両立

（Many small klystrons for operability and flexibility）

これまでILCは、2本の地下トンネルを持つ設計で進められてきたが、最近、そのトンネルを１本にする設計変更が検討されている。これは、トンネルの設計のみならず、それに関わる様々なシステムや仕様について、再検討をしなければならないということだ。再検討項目としてあげられているもののひとつが、ILCの「超伝導加速」技術に不可欠な高周波(RF)電力の分配システム。先週のILC NewsLineで「クライストロン・クラスター方式(KCS)」を紹介したが、高エネルギー加速器研究機構（KEK）では、異なる方式の研究開発が進められている。

KEKのSTFにDRFSの装置が設置され、試験が行われている。画像：峠暢一氏。

日本の国土の70パーセントは山岳地帯である。ILCの建設候補地もおのずから山岳地帯となることが予想される。山岳地帯の場合、KSCで提案されているように大型の施設を地上部に建設することは好ましくない。また、KSC では、地上からトンネルに電力を送り込むために立坑が採用されており、その長さを一定にするとしている。山岳地帯では、様々な長さの斜坑が必要となり、やはりKSCは適さないことになる。

「そこで我々は、とてもシンプルな方式を提案しました。分布型RFシステム（DRFS）です」と語るのは、KEKの大電力高周波システムの専門家、福田茂樹氏だ。

DRFSは自己完結式のシングルトンネル設計で、地上にRFシステム関連の施設を建設する必要はない。RF システムに必要な機器は全てトンネル内に設置される。この方式では、小さな大電力高周波ユニットがRF電力を発生する。各ユニットがRF電力を供給するのは、2〜4台の超伝導加速空洞だ。相当数のユニットが必要なようだが、どのくらい必要なのだろう？ILCには約16000台の加速空洞が設置されるので、約8000台のクライストロンと975台のDC電源とパルス・モジュレータが必要となる（325台のバックアップを含む）。

ILCでは、世界の３地域で製造される、異なる3タイプの空洞ユニットが使われる計画になっている。現在の空洞製造技術では、空洞ごとに避けられない性能のばらつきがあり、標準となる加速勾配31.5MeV/mの±20パーセントの範囲内に収まる性能の空洞が使われることになっている。DRFSではこのように、様々な空洞の個々の性能に合うよう調整して、適切に運転することも可能である。「DRFSは、装置を組み立てた後の不具合にも対応できます」と福田氏。「ある空洞が急に駄目になっても、直ちにそれを切り離して違うものを運転することができます。空洞やクライストロンなど一部が故障してもその影響は微々たるもので、大きな問題にはならないと考えています」

1本のトンネルの中におかれたDRFSの鳥瞰図。基幹設備を除いたシステムに必要な機器は全て1本のトンネル内に設置される。

DRFSで使われているクライストロンは「モジュレーター・アノード型クライストロン」と呼ばれるもの。「このタイプのクライストロンは費用対効果に優れており、大強度陽子加速器施設（J-PARC）やSNS(米国の破砕中性子源)などで実用化されています」

HLRFシステムは一般的にコストのかかるシステムだということもあり、RFユニットの数の削減が、コスト削減の議論の俎上に上げられることが多い。当然のことながら、DRFSは費用のかさむ技術選択ではないか？との懸念もある。「コストについては、大量生産によって削減できる自信があります」と福田氏は言う。小型クライストロンは、適切に安価に製造された場合には、様々な産業応用の可能性を秘めている。例えば、医療用加速器向けRF源としてならば、PET検査やガン治療への活用が考えられる。検査用の携帯型X線装置用のRF源としても期待される。また、次世代の放射光源ERL（エネルギー回収型リニアック）や米フェルミ国立加速器研究所で推進されているプロジェクトXにも有用だ。

DRFSのもう一点の懸念事項として上げられているのが、故障率の高さだ。ユニットの数が多ければ、故障率も高くなる、と考えるのは一般的だ。「これに関しては、故障率を計算したところ、クライストロンなどは年２回のメインテナンスで故障品を交換すれば十分であるとの結果がでています」と福田氏。研究チームはまた、電源やモジュレーターのバックアップ機を作って、故障率の低減を計画している。「運転を停止しなければならないような重大な故障が起きる可能性は、非常に低いと考えています」

研究チームが現在取り組むべき課題は二つ。第一に、KEKで設置中のDRFSプロトタイプを完成させること。そして、コスト削減に向けたさらなるR&Dを推進することだ。

KEKの研究チームは、最初のDRFSシステムをS−１グローバル実験のクライオモジュールに組込んだ。このシステムは、2台のクライストロンとDC電源、パルス・モジュレータを接続したもので、DRFSの実証実験に必要最小限のユニットとなる。実証試験は、2月中に3週間に渡って実施される。2011年は、このDRFSシステムを使って「高輝度光子ビーム実験」の運転を行う予定だ。さらに2012 年から2013年にかけて、超伝導RF試験施設(STF)のフェーズ2計画で、1台のDC電源と4〜5台のクライストロンから構成されるより規模の大きいが実施される予定。「同時に、コスト削減を目指したR&Dも推進して行きます」と、福田氏は今後の計画について語った。

[英文記事]

■ディレクターズ･コーナー

Barry Barish氏

将来を語る

（A conversation about our future）

GDEの1月の主要な活動といえば、1月18日～21日まで米SLAC国立加速器研究所（SLAC）で開催された第2回ベースライン・アセスメント・ワークショップだった。先週のディレクターズ・コーナーで、Nick Walker氏がこの会議について報告してくれたので、私は、まもなく提案されるベースラインの変更措置について報告したい。また、たまたまだが、GDEの予算監督グループである、財政担当者会合（FALC）が、年2回開かれる会合のうちの一つを1月22日にSLACで行っていた。私たちは、そのおり、FALCメンバーとGDE役員会（EC）の間で非公式の会議を持つ機会を得た。そこで行われたのは、2012年末に技術設計報告書（TDR）が完成した後の、将来のILCプロジェクトに関する活発な集中議論である。

GDE領域ディレクターの報告を聞くFALCとGDEのメンバーら

FALCメンバーと議論中のGDE ECのメンバーら

FALCは、多数の国の監督官庁の代表からなる、素粒子物理学分野で進行中の、そして将来の巨大国際プロジェクトに関する情報や見解を交換する非公式のフォーラムである。主要な研究所の所長とともに、私も彼らの会合の一部に参加する。Brian Foster氏も、ILCガバナンスへの取り組みについての報告のため、ここ一年ほどこの会議に参加してきた。

FALCとGDE役員会の合同会議では、最初の2時間に短いプレゼンが行われた非公式協議、続く2時間に自由討論が行われた。ILCリサーチ・ディレクターの山田作衛氏による、ILC測定器活動と資源についての短い報告の後、世界中のILC R&Dプログラムと資源について3名のGDE地域ディレクター（欧州：Brian Foster氏、米州：Mike Harrison氏、アジア：横谷馨氏）の報告が続いた。これらのプレゼンの後、Mike Harrison氏は2012年以後のILCプログラムについて技術開発的な見地からの私たちの最近の考えについて述べた。

これらの報告後の自由議論は、主にTDR以降の次期プログラムについての討論に集中した。TDR完成でGDEの任務は終了することになるが、その時点ではILC建設プロジェクトの提案にはまだ時期尚早かと考えられる。大方のスケジュールでは、大型ハドロンコライダー（LHC）からの結果で素粒子物理学の次の大型プロジェクトの展開を決めることができるようになるまでには、まだ数年かかると予想される。しかし、最近の欧州合同原子核研究機関（CERN）の決定でLHCが直近の運転期間を2年延長することになったのは、早期に重要結果が得られる可能性を増す明るいニュースである。

そこで問題になるのは、仮にリニアコライダーについての決定が数年遅れるとして、その間、計画推進を続けるにはどういう活動が正当化でき、かつ有用なのか？ということである。これは、国際リニアコライダー運営委員会（ILCSC）と将来加速器国際委員会（ICFA）で、とくに組織上の観点から検討されているところで、2月に北京で開催されるILCSC会議の主題の一つである。

EC-FALC議論中のSTFCのRichard Wade氏

これに関するFALCとECの間の遣り取りは、より技術的な活動項目について行われた。たとえば、超伝導RFの技術開発、工業化、バリュー・エンジニアリング、その他のR&Dである。特に合意を引き出す試みがなされたわけではないが、幾つかの論点が浮かび上がった。開発作業の継続については一般に前向きの意見が示されたが、とくにILCの設計と他のプロジェクト推進の両方にたいして有益な課題に取り組むプログラムを重視する意見が聞かれた。

英国科学技術施設局（STFC）の最高執行責任者であり、副最高経営責任者である、Richard Wade氏は、ILC建設の帰趨がどうなるのであれ、GDEの技術プログラムとそこで生み出されたものの価値は尊重されるべきだ、との率直なアドバイスをくれた。ILCの実現にむけ打ち込んでいる私たちにとっては、考えさせられる意見に思われた。ただ、ILCという当初存在根拠をはるかに超えたところに、私たちの研究プログラムが及ぼす影響はたくさんあり、そこでの生成物をフル活用していかなければならない、ということは言っておきたい。

[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

End Station Test Beam (ESTB) Workshop 2011
SLAC
17 March 2011

2011 Linear Collider Workshop of the Americas (ALCPG11)
University of Oregon, Eugene, Oregon, USA
19-23 March 2011

2011 Particle Accelerator Conference (PAC'11)
New York Marriott Marquis Hotel, New York, NY, USA
28 March - 1 April 2011

今後のスクール

Excellence in Detectors and Instrumentation Technologies (EDIT 2011)
CERN, Geneva, Switzerland
31 January - 10 February 2011

■ニュース記事

From Hamburger Abendblatt
9 February 2011
Hamburg stärkt seine Spitzenforschung
...Universität und Desy bündeln im neuen Projekt PIER ihre Kompetenzen in der Physik. Auch Entwicklung der Medizintechnik wird davon profitieren.
[ドイツ語記事]

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From Russia and India Report
8 February 2011

国際的な物理学プロジェクトで主導的な役割を担うロシア
ロシアは、大規模な国際的なプロジェクトに参加することで、基礎科学研究の主導国クラブに復帰した。そのひとつ [FAIR]は、ロシアの物理学者、Boris Sharkov氏が率いるもの。
[英文記事]

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From Scientific American
7 February 2011

逆回転：米国のテバトロン終了を受け、LHCはヒッグス探索を加速
もし、これまでの実験結果が示唆するように、ヒッグス質量が現在可能性を指摘されている範囲の下端近くであったとすると、テバトロンがこれを観測できる可能性があったし、そのさいLHCに先駆ける可能性すらあったのである。
[英文記事]

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From The Washington Post
7 February 2011

宇宙からのエネルギーを見る窓 IceCube
（…）アイスキューブ（IceCube）は、他の天文台とは異なり、氷の下に建設されている。86本のケーブルのそれぞれに沿って、60個の3フィートの球面測定器（…）が吊されている。これらのガラス張りの球をつかってニュートリノを検出する。
[英文記事]

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From datacenterdynamics.com
3 February 2011

CienaとRenater、LHCのデータを100Gbpsでの転送に成功
CienaのActivFlex6500パケットオプティカルプラットフォームの技術を使い、ジュネーブにあるCERNとフランス・リヨンにあるIN2P3コンピューティングセンターを結ぶネットワークでのデータ転送試験に成功した。
[英文記事]

■アナウンス

◇ALCPG11への早期参加登録の締め切り迫る！
3月19-23日、米オレゴン州ユージンで開催される、ALCPGへの初期参加登録の締め切り間近です。2月15日以後、登記料は$US 485にアップ！

参加登録 – ワークショップウェブサイト

◇arXiv preprints
1102.1417
QCD correction to single top quark production at the ILC

■今週のイメージ

トーイ・モデル

（Toy model）

素粒子物理学者のための新しい遊び道具（？）が誕生した。レゴ製のBELLEII測定器模型である！このレゴ模型は、東京大学の学生の作品。KEKを所管する文部科学省（MEXT）の東京展示ホール「情報ひろば」で、3月25日まで展示されます。

ILC NewsLine 2011年2月3日号

ILC NewsLine 2011年2月3日号　［英文記事］

■世界の各地より

CERNより：2012年もLHCを運転 

（From CERN: CERN announces LHC to run in 2012）

【ジュネーブ 2011年1月31日】本日、欧州合同原子核研究機関（CERN）は、大型ハドロンコライダー（LHC）の運転を2012年の末まで継続すると発表した。ただし保守のための短期の停止を2011年末に行う。2011年の運転期間のビームエネルギーは3.5TeVにする。この決定は、先週行われたシャモニーでのワークショップを受け、加速器諮問委員会の報告をもとに行われた。運転延長により、この２年間で実験グループが新しい物理を発見する機会が与えられた。この運転のあと、LHCは長期運転停止となり、2014年からの、さらに高いエネルギーでの運転の準備にとりかかる。

「2010年の運転で見せた進展を2011年も続ければ、非常に期待できる年になる」加速器担当所長のスティーブ　マイヤース氏は言う。「今年の間に、データ収集率に関して、少なくとも３倍は改善できると確信している」

これまでのプランでは、LHCは2011年末までで運転を停止し、設計値の7TeVのビームにエネルギーを上げるための準備にかかることになっていた。しかし、昨年の運転が非常にうまく行ったので計画を再考した。データ収集率を（2010年の最終到達値より）少なくとも３倍は改善できる見通しである。もし、新しい物理が今のLHCエネルギーで届くところにあるなら、その徴候を見るのに十分なデータ量を蓄積できる。しかし、「徴候」から「発見」へと進むには１年でとれるデータでは足りない。これにより１年さらに継続して運転することにした。もし、現在のLHCのエネルギーで到達できる範囲に新しい物理がない場合も、2012年までかけて収集するデータはこのエネルギー領域での探索を完結するに足る量になり、節目をつけて高いエネルギーの実験に進むことができる。

「2010年のLHC運転が非常に順調だったのと、さらなる改善策が用意されているので、年末には新しい物理の徴候が見えてくる可能性が現実味をおびてきた」研究担当所長のセルジオ　ベルトルッチ氏は語る。「自然が我々に微笑んでくれて、例えば軽い超対称性粒子やヒッグス粒子が今のLHCエネルギーで見える範囲にいるなら、2012年末までのデータで我々はそれを捕まえることができる」

本日発表されたスケジュールによると、LHCの運転は２月に始まり、12月半ばまで連続運転する。保守点検の短期停止の後、2012年の初めから引き続き運転を継続する。

［英文記事］

電力をためるクライストロンをクラスター化する
ILCの新たなシングルトンネル設計に対応する洗練された電力供給法

（Clustering klystrons to pool power
An elegant powering method accommodates the ILC’s new one-tunnel design）

名前からは読み取りにくいかもしれないが、クライストロン・クラスターと韻を踏んだこの方式は、ILCの大規模RF源システムの実装合理化を狙うものである。

SLACが提案するクライストロン・クラスター・システムの概念図。33台のクライストロンからなる2セットのクラスターが、地下のビームライン・トンネルに各々大電力RFを供給する。画像：Chris Adolphsen氏、Chris Nantista氏

米国のSLAC国立加速器研究所（SLAC)の研究者は、現在、クライストロン・クラスター・スキームの開発に携わっている。これは、地上から共通の導波管（高周波電力の空洞の金属パイプ）を経由して地下の加速空洞にむかって電力を送る、新しいタイプの電力分配系である。

このシステムの試験のために設営された長さ10メートルの試験導波管は、所定の圧力や貯蔵電力でよく動作している。

「なかなかエキサイティングなことです」と、SLACのChris Adolphsen氏は述べた。国際共同設計チーム（GDE）がコライダー設計を大幅に改訂する作業に着手したなか、このスキームを思いついたのは彼である。

計画初期、研究者が考えた設計は2本の巨大な地下トンネルを使うもの。1本はビームライン用、もう1本は、サービス・トンネルと呼ばれる、加速器に電力供給するための装置を収めるためのトンネルである。

だが、後になって研究者はトンネル外の空間を使ってはどうかと考え始めた。そして、サービス・トンネルを取り除き、建設コストを減らす決定を下したのである。そのための一つの方策は、加速器に供給する電力を発生するすべての装置を地下から地上に移設することである。もう一つの方策、主加速器のすぐそばで電力を発生供給する技術は、高エネルギー加速器研究機構（KEK）で開発中である。

同軸タップ・オフの断面の様子。円形導波管を左から進行してきた電力がこの同軸タップ・オフに出合うと、所定の割合の一部電力は内部のリングの外輪を通り、導波管の外周から取り出される。内部リングの内側を通過する残りの電力は、次のタップ・オフに遭遇するまで進行を続ける。画像：Chris Adolphsen氏とChris Nantista氏

主導波管（別称『ビッグパイプ』）の直径は0.48メートル。SLACで行われた最近のテストでは数時間にわたって300メガワットの電力を通すことに成功した。画像：Chris Adolphsen氏とChris Nantista氏

電力供給装置のなかのクライストロンは、加速空洞を運転するのに必要なRF電力を生成する機材である。1台のクライストロンは、26台の空洞を運転できるだけの電力を生成する。ILCは、何千台もの空洞を使うので、必要なクライストロン台数も何百にものぼる。地下トンネルにある26台の空洞ごと、その真上にクライストロンを配置しようとすると、ILCでは、地下地上を結んで電力を届けるために深さ百メートルにもなる孔が何百も必要となる。さらに、クライストロンの設置のためにILCの全長31キロメートルの長さに沿った土地と細長い建物が必要となる。

「リニアコライダーでは、地上建造物を最小に留めたいのです」と、Chris Nantista氏は語った。彼は、GDEの大電力RFグループの副グループ・リーダーであり、SLACの加速器研究部のメンバーである。「道路があったり、農地があったりするので、トンネルに沿ってクライストロンを敷き詰めることはできないのです」

それで、GDEの主線形加速器全体計画を担当しているAdolphsen氏は、クライストロンを数カ所に集積することを提案した－この案ではクライストロンは33台ずつクラスターにかためて設置される。そして二つのクラスターを一つの建造物におさめ、クラスター1その上流にある空洞へ、クラスター2は下流にある空洞に電力を供給するようにする。こうすると、クライストロンの設置は長大な建物中に延々と行うのではなく、2キロメートルおきに建造される22のコンパクトな建物におさまることになる。

クライストロンをクラスター化するということは、電力を合算することでもある。33台のクライストロンからは、それぞれ10メガワットの電力が供給される。この電力は導波管を通して集められ、巨大な円形導波管（SLACでは『ビッグパイプ』と呼んでいる）に流れ込む。

300メガワットに達するその電力は、ビッグパイプを通して地下を進み、ビームライン・トンネルに到達する。そして、そこから今度は、38メートル毎に所要の電力が取り出され、取り出された電力はより細い加速管を通って個別の空洞に至る。

「ちょうど、まず沢山の計量カップから一つの大きな樽に液体をつぎ込み、現場を進みながら計量カップで中から液体を取り出していくようなものです」と、Nantista氏は語った。

RF電力の計量カップは同軸タップ・オフと呼ばれており、Nantista氏が設計した。同軸タップ・オフの結合部はアルミ製で、大口径と小口径の円形導波管を同軸に組み合わせたようになっており、断面は外周リングの内側にもひとつ内周リングがはまっているように見える。

タップ・オフは、ビッグパイプを伝わってきた電力のうちの一部をすくい取るものである。すくい取られた電力は、タップ・オフの外側の輪を経由して取り出され、26台一組の空洞に届けられる。残りの電力は、タップ・オフの内周リングの中を通過し、また下流の指定された空洞に電力を届ける。タップ・オフを経由して空洞に電力を供給するたびにビッグパイプの中の電力は減っていき、この操作はビッグパイプ中の電力が完全に使い果たされるまで続く。そこからは次のクライストロン・クラスターが引き継ぐ。

同軸タップ・オフのコンピュータ・シミュレーションと初期テストによれば、この方式は有望である。

「設計は有効であることがわかりました」と、Nantista氏は語った。

取り出す電力を正しくたもち、また、好ましくない伝搬モードが発生しないようにするため、同軸タップ・オフは正確な寸法で作らなければならない。同じ理由で、ビッグパイプの直径（コンピューターのモニターと同じくらいの幅をもつものである）も、約1ミリメートルの精度で工作されていなければならない。

これは、ビッグパイプの課題のまだ一つにすぎない。太陽光発電所や風力発電所にも相当するほどの電力を扱う、という、もう一つの課題がある。だが、過去2ヵ月にわたりSLACで行われたテストの感触は良好である。

「100時間以上のあいだ、電力をパイプに供給してみましたが、放電は数回に留まりました」と、Adolphsen氏。この結果、パイプの高周波特性が分かると同時に、クライストロンのクラスター化のためこの大きな導波管が有効な選択肢であることも明らかとなった。

「クライストロン・クラスターがうまくいけば、トンネル内で合理化された機材実装を行うことができます」と、Adolphsen氏は語った。「ILCトンネルの中にはRF電力源としてはほとんど何も無いようにできます」ということである。

［英文記事］

■ディレクターズ・コーナー

Barry Barish氏

良い助言に注意を払う

（Taking heed of good advice）

終りのないように見える一連のレビューから得られるのは、準備作業のなかで培われる厳密さである。レビューはまた、私たちの仕事を確認の役にも立ち、そして、おそらく最も重要なこととして、アドバイスを与えてくれる。昨年秋、私たちGDEは、プロジェクト諮問委員会（PAC）により、二日にわたる技術レビューを受けた。PACは、国際リニアコライダー推進委員会（ILCSC）の下部機関である。このPACレビューから得られた勧告は、ILC技術設計報告書（TDR）のための新しいベースライン構成の最終決定に先立ち、大きく助けになるものであった。

レビューの最終セッションでのLyn Evans氏（PAC委員長）。

PACレビューは、2010年11月11－12日にユージンにあるオレゴン州立大学で、開催された。地元ホストはJim Brau氏がつとめた。委員会報告書はおおむね、GDEプログラムにかなり好意的なもので、いくつか具体的な勧告盛り込まれている。委員会は、世界中の加速器や測定器の専門家から構成されている：そのうちの出席者は、Jean-Eudes Augustin氏（フランス国立科学研究センター/IN2P3）、Jon Bagger氏（米国ジョン・ホプキンス大学（ILCSC委員長、職責指定）、Lyn Evans氏（CERN（委員長））、Stuart Henderson氏（Fermilab）、Steve Holmes氏（米フェルミ国立加速器研究所：Fermilab）政池明氏（京都）、Robert Orr氏（トロント）、Roy Rubinstein氏（Fermilab：秘書）、吉岡正和氏（KEK）である。生出勝宣氏（KEK）とRaj Pillay（インドタタ基礎科学研究所：TIFR）は欠席した。

これに先だって昨年春に行われたレビューで、PACは、ILCベースラインの変更提案を扱うプロセスに関して、加速器と測定器研究者グループ間でのコミュニケーションや協力を改善する措置をとるよう、とくに勧告を行った。変更提案のなかにはILCの物理性能に影響を及ぼすものがあるため、物理学研究者グループがそれらについての検討に顔を連ねるのは、特に重要、ということである。

オレゴン州立大学で開催されたPAC会議。

私たちは助言に従い、運営会議と対話の両方に実験グループに入ってもらうため、積極的な手段を講じた。提案に関する質問に答え、コンセンサスを形成するためである。GDEディレクターである私が最終決定を行うにあたって助言する変更評価委員会にも測定器の代表者に入ってもらった。加速器・測定器の意思疎通を図るべし、という自身の指摘に忠実に、11月のPACレビューはILCの加速器と測定器の話題を統合して扱うスケジュールが組まれた。

レビューは、技術ベースライン設計についての決定に至るために私たちが立案した意志決定プロセスの評価を行った。だが、PAC勧告のなかで最も興味を引くのは、おそらく、「ILCに必要とされる空洞の大量生産」という、別の話題に関するものであった。これまで、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の欧州XFELプロジェクトやGDEのR&Dプログラムは、『専業』会社、つまり高い加速勾配の空洞製造で要求される詳細なプロセスをマスターできる企業の育成に注力してきた。しかし、大規模生産のプロセスへ向け、PACは、大型ハドロンコライダー（LHC）の電磁石製作のためにCERNで採用されたアプローチを目指しすことを私たちに提言した。LHC電磁石の場合には、諸部品を統合し、要求性能を達成するうえでの責任を負ったのはCERNであり、そうすることで、産業界が負わないといけないリスクを相当程度軽減したのである。

一般論として、これは産業界には彼らが得意とすることに集中して、それによってコストを下げるとするものである。KEKで開発中のパイロットプラントは、産業界へのインフラ要求を低減し、技術移転や性能のためのより中心的な責任を研究所に置くというもので、同じ方向に向かう大きな一歩ということができる。この課題に関しては、主要な供給メーカーにプロジェクトマネージャ達がまもなく再度の訪問を行い、大量生産にむけた多様な意見を聴取し、将来の展開へのきっかけとしていく。

PACは、年に二度レビュー会合を行っている。次回の会議は5月に台湾のAcademia Sinicaで開催予定である。その時までには、TDRのベースラインは確定し、技術設計に向けた作業が始っていることだろう。再び、そのレビューに向けての準備を行い、そこから得るものはあるだろうが、PACによる考察と勧告、貴重な助言によってよりしっかりしたTDRが作られ、国際的な建設プロジェクトの確かな基礎となることを期待している。

［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

31 January - CERN
Soccer teams and science fairs


28 January - Frank Simon
Incoherent Thoughts on the Early Train to Frankfurt


26 January - Frank Simon
A Belle-II Toy Model


Follow all Quantum Diaries

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

End Station Test Beam (ESTB) Workshop 2011
SLAC
17 March 2011

2011 Linear Collider Workshop of the Americas (ALCPG11)
University of Oregon, Eugene, Oregon, USA
19-23 March 2011

2011 Particle Accelerator Conference (PAC'11)
New York Marriott Marquis Hotel, New York, NY, USA
28 March - 1 April 2011

今後のスクール

Excellence in Detectors and Instrumentation Technologies (EDIT 2011)
CERN, Geneva, Switzerland
31 January - 10 February 2011

■ニュース記事

From APS News
February 2011

高エネルギー物理学の現状と前途を省察するKovar氏
・・・世界で色々な国が、（・・・）素粒子物理学用の次世代加速器施設の開発に興味を示している。これらの施設を将来実現するために必要なR&Dを行うには、各国でどのように賢く予算を得て執行するべきか、協力する必要が出てこよう。
［英文記事]

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From CERN Bulletin
31 January 2011

将来のFermilab
プロジェクトXは技術、超伝導高周波空洞を使う。これは、Fermilabや協力機関の研究者がLHCやテバトロンを後継する次世代加速器でも使用されるものである。
［英文記事]

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From CERN Bulletin
31 January 2011

2012年もLHCを運転－Rolf Heuer氏とSteve Myers氏とのインタビュー
自然が我々に微笑みをくれ、ヒッグス粒子が今のLHCエネルギーで見える範囲にいるなら、2012年末までのデータで我々はそれを捕まえることができる
［英文記事]

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From The Economist
31 January 2011 

衝突万華鏡（Collide-o-scope）

結論として、ATLASとCMSは互いに相手を必要としている。ではあるが、Lankford博士もTonelli氏博士も、競争は止まることはないし、ATLAS、CMSのどちらのチームとも相手に勝つことを目標に努力していることを隠しはしない。

［英文記事]

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From IHEP
25 January 2011

EXFELの重要な技術開発
EXFEL U48はEXFEL専用の第一号アンジュレーター・プロトタイプである。また、中国で開発された、最初の超長尺高精度のアンジュレーターでもある。

［英文記事]

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From Washington Bangla Radio
25 January 2011

研究と社会の発展を追求するインドの科学技術
Mega Facilities For Basic Research（基礎研究のための巨大施設）は国際的に重要な高い価値のあるプロジェクトを支援するもの。現在は、（・・・）国際リニアコライダー・プロジェクトへの継続的な参加の支援を行っている。

［英文記事]

■アナウンス

2011年3月17日に、エンドステーション・テスト・ビーム（ESTB）2011ワークショップがカリフォルニア、パロアルトにあるSLACで開催されます。プログラムには、測定器R&Dと加速器開発に関連し、2011年夏の初運転が計画されている13.6GeV電子の新テスト・ビームラインに対するESTB準備の状況の報告などが予定されています。テストビーム、ビーム特性、基盤サポートに関心のある人のレビュー、そして、エンドステーションAの施設ツアーなども組まれています。

ワークショップはオレゴン州のユージンで開催されるALCPG11ワークショップの前に開催されるます。ESTBワークショップへのたくさんの方々のご参加を期待しております。

参加登録はこちらから

SLACでお会いできるのを楽しみにしています。
ESTBプログラム委員会

■今週のイメージ

旧正月（Chinese new year）
中国はその日、ウサギ年の元日をお祝いしました。画像：峠暢一氏 新年おめでとう！

ILC NewsLine 2011年1月27日号

ILC NewsLine 2011年1月27日号　［英文記事]

■世界の各地より

それは何の役に立つのですか？

KEKが毎月発行する日本語のニュースレター「ILC通信」1月15日号より

（Is accelerator research useful?
This story first appeared on 15 January in the ILC Tsushin, the Japanese ILC newsletter, published every month by KEK）

科学技術が話題になる時、必ずと言って良いほど登場する質問がある―「それは何に役立つのですか？」そしてこの質問は、素粒子物理学など基礎科学研究に携わるものにとっては最も苦手な質問のひとつである。昨年11 月に名古屋で開催された先端加速器科学技術推進協議会（AAA）のシンポジウムの講演で、鈴木厚人高エネルギー加速器研究機構（KEK）機構長は「小柴昌俊先生は、よくご自分のニュートリノの研究について『何の役にも立ちません』とおっしゃいます。ノーベル賞受賞者であれば、そんなことも言えるのでしょうが、我々はそういう訳にはいかない。なので、最近は色々なところで役に立つ加速器の話をするようにしています」と語った。

名古屋大学素粒子宇宙起源研究機構長 益川敏英氏（左）とKEK 機構長 鈴木厚人氏　（名古屋で開催されたAAA シンポジウムにて）

加速器はどのように役立っているのだろうか？「加速器からつくり出される放射光や中性子を用いると、装置の内部の透視や薬剤の働く仕組みなどが解ります」と鈴木氏。非破壊検査や創薬、レアメタルなど新材料の研究などで、加速器は既に幅広く使われている。鈴木氏はまた、加速器が粒子線によるがん治療やPET などの検査装置として医療分野で利用されていることも例として挙げた。「さらに、将来の技術として宇宙での利用や生命科学への利用も期待されています」

素粒子物理の研究は実際に、社会の常識や生活スタイルなどをドラスティックに変えて来た。最も顕著な例は電子の発見である。発見当初はその正体すらわからなかった電子だが、研究が進んでその性質や働く仕組みなどが明らかにされることによって、電力という生活インフラとして、そしてコンピューターや電化製品をはじめ、生活を支える製品や装置へと広く応用されている。基礎科学の研究で、ものの根源的な「仕組み」がわかって初めて、何かに応用することができるようになるのである。

とはいえ、これまでは素粒子物理などの基礎科学の研究者にとっては、それらの成果は主目的ではなく、あくまで波及効果であるという認識だった。そのため、その波及効果についてきちんと説明されることがあまりなかったのである。しかし、言わなければ伝わらない、というのはコミュニケーションの基本。そこで「何に役立つのですか？」の質問に至る、というわけだ。

もうひとつ、基礎科学の成果を伝えるのを困難にしているのが、そのスパンの長さにある。前述のAAA のシンポジウムで同じく講師を務めた、2008 年ノーベル物理学賞受賞者の益川敏英氏は「基礎科学のイノベーションは、だいたい100 年スパンと言われています」と言う。電子の発見が1897 年。白黒テレビ、洗濯機、冷蔵庫が「三種の神器」と呼ばれていたのが、1950 年代後半だと考えると、だいたい計算が合う。しかし、益川氏は昨今そのスパンが短くなって来ていると指摘する。「最近は、イノベーションがバイパスされいて、2、3 年で利用という例も増えてきています。それは実験が大規模になるとともに、実験装置のための部品や装置が複雑になっているから。それらを開発する過程で生まれた技術が、実験成果を待たずに、製品や装置として社会に波及しているのです」（益川氏）。

例えば、インターネットの爆発的な普及を導いた「ワールド・ワイド・ウェブ（WWW）」も、世界中に散らばる素粒子物理の研究者間のコミュニケーションのために、欧州合同原子核研究機関（CERN）の研究者、ティム・バーナード・リー氏が開発した技術だ。これも「イノベーションのバイパス」の一例である。ILC の研究開発でも、同様の効果が期待されている。例えば、ILC の基幹技術である超伝導加速技術は、次世代のX 線画像診断装置に役立てることが可能だ。病気の診断ツールや、貨物コンテナの検査ツールなどとして、人々の健康からテロ・犯罪対策まで、幅広い活躍が期待されている。

社会への波及のスパンが短くなっているとはいえ、どのような形で波及するのか、それがいつ頃になるのか、そもそも波及するのかどうかについて、不確定であることは変わらない。このご時世「不確実なものに投資はできない」という意見が出るもの当然だろう。しかし、忘れてはいけないのは、イノベーションは「かけ算」だということだ。鈴木氏は「ゼロには10 をかけようが、1 億をかけようがゼロのままです。基礎研究は、ゼロから1 を作り出す研究。この1 からイノベーションが生まれるのです」と言う。

これまでの基礎研究で、イノベーションの種になる「1」が貯金されている。小柴氏が「何の役にも立たない」と呼ぶニュートリノも、そんな貯金のひとつ。何でも透過するこの素粒子は、物質と相互作用することが極めて稀で、観測するのも困難な粒子だ。しかし、その性質やはたらきの研究が進み、原子炉の中のモニター装置や地球内部の資源探査など、その透過性の高さを利用する研究や実験装置の試作が進められている。基礎科学の発見が将来的にどのように利用されて行くのか、あるいは役に立たないものなのか、発見時点で断言することはできない。つまり、基礎科学の貯金は「まだ役立てられていない」「役立て方がわかっていない」科学的成果なのだ。そしてそれらの成果は「何かに役立てよう」と思って産み出されたものでもないのである。

人間の知には、その時点での限界がある。「それは何の役に立つのですか？」その問いにきちんと答えられるのは、未来の科学者だけなのかもしれない。しかし、過去の基礎科学の成果がどのように今の暮らしに役立てられているのか、それをしっかりと伝えて行くことが重要だろう。

［英文記事］

コーネル、エネルギー回収リニアックで前進

（Cornell makes progress on Energy Recovery Linac）

エネルギー回収の背後にある考えは単純で、同じエネルギーを再利用することだ。

しかし、その実用は滅多に簡単ではない。米コーネル大学のエネルギー回収リニアック（ERL）の場合、粒子ビームの加速にエネルギー再利用の概念を適用するには、数十年にわたる研究と技術開発を必要とした。そしてこれに成功すれば、一度加速した電子ビームを使って次の電子ビームを加速することが可能となり、かつてない輝度のバンチをつくり出すことができるようになる。

コーネル大学によるERL提案の概念図。画像提供：Bruce Dunham氏。

コーネル大学のキャンパス地下にはCESRとして知られる、コ電子貯蔵リングがある。ERLは、CESRをその一部に組み込んで建設される。画像提供：Bruce Dunham氏。

ERLの入射器プロトタイプにおけるビーム診断システムの一部。

「これまでのX線ビーム生成でまだ使われていない新技術です」と、ERL加速器のCornell Laboratory for Accelerator-based ERLSciences and Education (CLASSE) 副所長である、Georg Hoffstaetter氏は語った。「出くわすことのあまり無い、エキサイティングな計画です」

狙いは、高輝度、短パルス、低エミッタンスの光ビーム生成である。これに適するのは、貯蔵リングより線形加速器（ライナック）のほうである。たとえば、米バージニア州にあるジェファーソン研究所（J-Lab）は、135MeVの電子ビームを用いて光を生成し、ユーザー向けに赤外線と紫外線を提供するERLベースの自由電子レーザーを運転している。

しかし、より短波長の光、Ｘ線を生成するには、元の電子ビームのエネルギーをもっと高くしなければならない。コーネルの研究者は5ギガ電子ボルト(5GeV)の電子ビーム・エネルギーを得て、そこから質の高いライナックＸ線を生成しようとしている。高輝度の光ビームを得るには、また、ビーム電流も大きくしなければならない。結果として、電子ビームの電力は、およそ半ギガワットにも及ぶことになる。

「エネルギー回収の技術を適用しないでこれを行おうとすると、施設運転には、原子力発電所一個分程度の電力が必要になってしまいます」と、ERLプロジェクト・ディレクターBruce Dunham氏は語った。そのような大電力は手軽に手にいれることは出来ない、ということで、チームは、ライナックを走る電子ビームのエネルギーを回収することに決めた、という訳である。

「少しのエネルギーも無駄にはしません」と、Dunham氏。

線形加速器の加速空洞の中には外部の高周波源の電力によって加速電場が励起されており、その電場は音波のように一定の繰り返し周波数で振動している。エネルギー回収型の線形加速器では、はじめ、ビームはこの加速空洞中の電場がビーム加速の向きを向いているときに入射され、加速される。ビームが一周回して再び加速空洞に戻ってくるとき、今度は、空洞の電場がビーム減速の向きを向いているようにビームの行路長をアレンジしておく。そうすると、ビームが空洞の中で減速を受けるわけだが、これはビームのもっていたエネルギーを空洞の電場エネルギーに戻してやることに対応する。そして、このように空洞の中に戻されたエネルギーは、数ナノ秒のあと、次にやってくる新たなビームの加速に利用できる、ということなのである。

このようにして、それぞれの電子ビームは、リレーのバトンのように、エネルギーを次のビームに渡していく。エネルギー回収の効率は、99%以上もあり、ライナックに電力を供給するには十分なので、コヒーレンスの高い、高輝度の光を生成することができる。

2005年、米国科学財団は加速器のプロトタイプ入射器開発向けに、ERLグループに1800万ドルの予算を割り当てた。グループは昨年、入射器（ライナックを通過し電子を得る装置）を完成した。現在は前期建設段階にあって、チームは高輝度ビーム生成のプログラムを続行中で、ビームを加速する空洞のテスト、空洞を冷却するクライオモジュールの制作、そして、電子ビームを得るための電子銃カソードをテストする施設の準備を行っている。

Maury Tigner（CLASSEの現所長）が、エネルギー回収のアイデアについて論文を発表したのは1965年のことである。しかし、当時、これを実現するのに必要な超伝導技術はまだ存在しなかった。

「ERLは、面白い方式ですから、その概念で遊ぶ人達はこれまでもありました」と、Hoffstaetter氏。だがこの概念の実装を議論できるようになったのは、TESLAプロジェクトが進捗した1990年代になってからである。現在、コーネル・チームは、この概念でどこまでいけるかを見ようとしているのである。

この一年、ERLチームは、電子ビームの関連技術でいくつかの進歩を得た。彼らの電子銃は、DC（直流）タイプの高電界を利用するものとして平均電力の世界記録を出した。また、ERLの大ビーム電流に付随して発生する不要な高周波成分を吸収するための超伝導空洞用アブソーバ材の開発を行った。いずれの開発も、ERLのエネルギー効率、ビーム効率を向上するものである。

コーネルはERL実用機のための新たな提案書を準備中である。これは、コーネル・キャンパスに存在するウィルソン研究所の施設と統合し、コーネル高エネルギーシンクロトロン放射光源Ｘ線施設での既存施設にとって代わるものである。提案書は、加速器やX線ビームラインを収納する建物や、加速器技術の全てについて包括的な検討を加えたものとなる。

数年のうちに、コーネルのERLで生物学、医学、物質科学をはじめとする幅広い科学技術研究のため高輝度Ｘ線が提供されるようになるかも知れない。

コーネル大学の加速器研究については、今後のNewsLineをご覧下さい。

［英文記事］

■ディレクターズ・コーナー

Nick Walker氏

共通の目標

（Common goals）

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、Nick Walker氏の担当。

ディレクターズ・コーナーのゲスト執筆者の当番は、およそ11ヵ月毎に回ってくる。振り返ると、前回私が寄稿したのは、北京で開催されたリニアコライダーワークショップ（LCWS10）の直前である。面白いことに、このたびのコラムは、別のGDEワークショップの後、つまり先週（1月18～21日）SLAC国立加速器研究所（SLAC）で開催されたベースライン・アセスメント・ワークショップ（BAW）の直後にあたっている。BAWには、70人以上の研究者が集まり、ILC設計のベースライン仕様パラメータとレイアウトの更新版について議論した。この新しいベースラインは、2012年末に向けて準備する技術設計報告書（TDR）のもととなるものである。

重心系200-500GeVのエネルギー範囲での目標ルミノシティ。画像提供：Andrei Seryi氏

SLACで開催されたのはBAWの2回目で、ここ12ヶ月にわたって続いてきたいわゆるトップレベル変更管理（TLCC）の最終プロセスにあたる。BAWの第一回は9月にKEKで開催されたが、その焦点は高加速勾配や主線形加速器のトンネルを一本にするといった提案であった。以前のコラム（2010年12月9日と2010年12月16日）にあるように、これらの提案はいずれも無事承認を受け、現在はTDRの公式ベースライン構成の一部となっている。SLACでのBAWは、残るTLCCのテーマに集中した：その一つは、ビーム電力を削減したパラメータセット、もう一つは陽電子源の設置場所とレイアウトに関するものである。先週は4日間をまるまる使い、この2つの提案を詳細に議論した。これは設計チームの過去10ヵ月の努力の賜である。プロジェクトマネージャを代表し、彼らにお礼を言いたい。BAWの第一段階テストをクリアし、私たちプロジェクトマネージャは、最終的レビューや決定に向け、GDEディレクターに対して提出する提案文書を準備している。

設計改訂の技術的詳細については、公式の承認後、後日のディレクターズ・コーナーで紹介されると思うのでそちらに譲るとして、ここでは、プロジェクトマネージャの視点からのTLCCプロセスの意義について論じたい。

コーヒーブレークで同席する、加速器と測定器の関係者。

TLCCプロセスが生まれるきっかけになったのは、加速器諮問委員会（AAP）と国際リニアコライダー運営委員会（ILCSC） PACという、上部レビュー委員会からのコメントである。プロジェクトマネージャがベースライン改訂提案を2009年12月に提出した際、まずAAPが、そしてPACもいくつかの留意点、特に、両委員会とも、物理・測定器グループとの連携不足を指摘した。TLCC自体は、もとひとかたまりであったベースライン改訂提案を分割整理し、検討しやすくしたものだが、TLCCプロセスで主眼においたのは、ILCに関係する研究者技術者の皆さん、とくに物理・測定器グループによるプロセスへの参加と意思疎通である。リサーチ・ディレクター、山田作衛氏は、このために五名の物理・測定器代表者（Jim Brau氏、Karsten Büßer,氏、藤井恵介氏、Tom Markiewicz氏、Mark Thompson氏）を選任され、彼らはBAW会合の準備構成ほかで協力すると同時に、この10ヶ月ほどの間、デザインチームの一部としての作業に参加し、大きな寄与をされた。

先週のワークショップで、これらの努力の成果は非常に明白だった。前回KEKでのBAW（加速器の専門事項に完全に集中した）と違い、今回SLACでのBAW議題は新しい仕様パラメータが物理研究に及ぼす影響に関するプレゼンが主体で、物理・測定器研究者グループからは、30人以上の関係者が、ワークショップに出席した。これに備えた昨年の研究の多くは、トップエネルギー500GeVではなく、かつて重視されていなかったそれ以下の重心系エネルギーでの運転の問題に取り組んだものである。その結果、SLACでのBAWでは200-500GeVのエネルギー領域全体で一組の運転パラメータと運転シナリオを決定し、より広いエネルギー領域での物理上の研究課題へのILCとしてのサポートを確かなものにすることが可能となった。

これらの研究は、加速器の設計者が物理・測定器研究者グループと共同することによって達成できることを示した好例である。プロジェクトマネージャは、現在技術設計フェーズ（TDP 2）の第2部で想定される次の（より詳しい）レベルの設計作業を行うさいのコミュニケーションの重要性も意識している。詳細設計の問題の多くには物理学と測定器に直接のインパクトは及ぼさないかもしれないが、TLCCのプロセスを通して作ったオープンでわかりやすいコミュニケーション・メカニズムは、依然として維持していくことが重要である。3月のALCPGワークショップでTDP 2活動が始まるが、この努力はさらに重ねていく。

最後に、TLCCプロセスに参加し、支援を寄せられた物理学と測定器の代表のみなさんにお礼を申し上げます。みなさんからの入力と努力無しには、ベースライン改訂に関するコンセンサスに到達することは不可能だったことだろう。2012年のTDRの完成を目指しつつ、密接な協力を続けていきたいと思う。

［英文記事］

ディレクターズ・コーナー・バックナンバー

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25 January - CERN
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今後の会議、ミーティング、ワークショップ

2011 Linear Collider Workshop of the Americas (ALCPG11)
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US Particle Accelerator School (USPAS)
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■ニュース記事

From CERN Courier
25 January 2011

プランクは、星の最初の年を明らかにする
1月11日に発表された、プランクのミッションからの最初の成果は、宇宙物理学に対する新しい知見をすでに提供し始めている。宇宙論へ今後の寄与が期待される。

［英文記事]

From businessworld.in
22 January 2011

書評：小さなものからの大きな世界
『コライダー』は、素粒子物理学の謎の世界への旅と、驚きの技術の塊りである大型ハドロンコライダー（LHC）の貢献へと誘う、非常に読みやすい科学本である。

［英文記事]

From New York Times
21 January 2011

社説：テバトロン
・・・物理は、国際的な探求である。米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）は世界中の物理学者が集まるところであり、そして、色々な実験のほか、LHCのデータ解析も行われている。とはいえ、物質の理解する出発点を定めた米国における高エネルギー素粒子実験の時代の終わりを見るのは残念なことだ。

［英文記事]

From The Beacon News
21 January 2011

Fermilab所長、重要研究は続行と言明
バタビア‐テバトロンの運転終了後も、Fermilabは物理学研究の世界において重要な役目を続ける、と水曜日、Fermilab所長Pier Oddone氏は語った。

［英文記事]

■アナウンス

◇arXiv preprints

1101.3598
Probing lepton flavor violation signal via e⁺e^-(γγ)→ l_i l_j in the littlest Higgs model with T-parity at the ILC

■今週のイメージ

FALC、SLACで会合

（FALC meets at SLAC）

 

将来像を彫刻する：財政担当者会合（FALC）は、先週土曜にSLACで次世代リニアコライダーについての協議を行った。休憩時間中、彫刻展示品前での集合写真。会合詳細は、SLAC Todayをご覧下さい。画像：Lori Ann White氏