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2011/09/07

ILC NewsLine 2011年8月25日号

ILC NewsLine 2011年8月25日号　[英文記事]

■特集記事

PCMAG、KEKへ里帰り

（Welcome back, PCMAG!）

Rika Takahashi | 25 August 2011

KEKの富士実験棟に到着したPCMAGは、無冷媒超伝導磁石への改修される。画像：田内利明氏。

8月10日、PCMAG超伝導磁石が独ドイツ電子シンクロトロン研究所(DESY)から高エネルギー加速器研究機構（KEK）に里帰りした。PCMAGは、DESYのテストビーム施設で行われた４年に渡る実験に利用されていた。PCMAGは永久電流超伝導磁石(Persistent Current Superconducting MAGnet)の英語の頭文字から名付けられたもの。もともとは、日米協力で行われたBESS実験のプロトタイプ磁石として開発された。BESS実験とは、米航空宇宙局（NASA）、デンバー大学、メリーランド大学、宇宙航空研究開発機構（JAXA）、神戸大学、東京大学、KEKが参加した実験だ。

BESS実験では、気球に搭載した測定器を使って宇宙線の中に極微量含まれる反粒子を観測。また、宇宙線のエネルギースペクトルを詳細に測定し、反粒子や反物質の性質を探る。「磁石は、気球によって上空に打ち上げられるので、永久電流モードである必要があります。上空には電源はありませんから」と、KEK准教授の藤井恵介氏。「永久電流モード」とは、磁石を極低温まで冷却して超伝導状態にすると、一度電力を与えるだけでしばらくの間運転が可能なことをいう。

PCMAGは、一度テスト飛行で米ニューメキシコのNASAの科学気球飛行施設で打ち上げられたが、南極上空で行われた実際の実験には使われなかった。その代わりに、KEKの陽子シンクロトロンで、リニアコライダー向けの飛跡検出器「TPC」の実験を含む、様々な実験に使われた。

「気球で打ち上げる」という目的で設計されているので、PCMAGは独特の仕様になっている。使われているコイルは、宇宙線を捉えやすいよう、薄肉で透明だ。これは加速器からの粒子ビームを捉えるのにも有効である。
「多くの研究者がドイツやフランス、カナダなどからKEKに来て、TPC検出器の共同研究を行いました」と、藤井氏は言う。KEKでは2006年度末にPSのシャットダウンを決定したのだが、ヨーロッパではちょうど同じ時期に「EUDIT」プロジェクトに対する2150万ユーロの予算が承認されたところであった。EUDITプロジェクトは5年間の予算で、欧州のリニアコライダー測定器R&Dのインフラ構築・改善を行うプログラム。「KEKとDSEY、そしてLC-TPC共同研究グループで検討した結果、EUDETの枠組みで新しくつくるビームラインで試験を行うためにPCMAGをDESYに貸与することになりました」（藤井氏）。

KEKは2006年にPCMAGをDESYに輸送。DESYでは、PCMAGをテストビームエリアに設置し、CERN、DESYとKEKが共同で2006年から2007年にかけて試験とマッピングを行った。

PCMAGにはもうひとつのユニークな特徴がある。BESS実験では、測定器を気球で上空に打ち上げて実験を行う。超伝導磁石は、超伝導状態を保つために、極低温まで冷やす必要がある。そのため、PCMAGは250ℓの液体ヘリウムタンクを装備しており、これは10日間上空で行われるのに十分な量だ。この気球実験では便利な機能は、地上で長期間にわたって行う実験にとっては、ちょっとやっかいだ。10日間毎の液体ヘリウムの補給はコストと危険を伴い、また、面倒でもある。

今回PCMAGがKEKに戻って来た理由は「冷媒を使わない磁石への改修するため」（藤井氏）である。ここ数年で無冷媒の超伝導技術が急速に進歩し、超伝導磁石の開発にも取り入れられるようになってきた。KEKでは、DCBA実験というニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊過程を調べる実験の測定で、すでに無冷媒磁石の開発に成功している。KEKはまた、ATLAS, Belle, TOPAZ, VENUSといった多くの測定器開発の経験も蓄積しており、これらの技術と経験をもとにPCMAGをアップグレードする。

このプロジェクトは、昨年12月に締結されたDESY-KEK間の学術交流協定に基づき行われている。DESY、KEK、そして欧州の新しい測定器開発プログラム「AIDA」（EUDETの後継プログラム）から、共同で資金拠出されている。

来春には、改修作業が終了する予定で、PCMAGは再びDESYへと送られる。PCMAGを使う主要な研究者は相変わらず　LC−TPC研究者グループだが、AIDAプロジェクトの研究者にも使われる予定だ。PCMAGは5年間DESYにとどまり、主にILC測定器R&Dに使われる。

「新型PCMAGを使った実験は、できれば来年度の早い段階で開始したいと思っています。ILCの物理・測定器グループは、2012年末には測定器の詳細ベースライン文書を発行予定なので、新しいPCMAGの実験の結果をその文書に反映させたいと考えています」と藤井氏は語る。

改修後のPCMAGはもはや「永久電流磁石」ではなくなる。「それでも名前はPCMAGのままになります。今回は固有名詞になりますが」（藤井氏）。

ジュネーブ発、2011年8月22日。2年に1度に開催される、レプトン・フォトン国際会議は、インドのムンバイで本日から始まる。アトラスとCMS実験グループが本日発表した結果を見ると、なかなか姿を見せないヒッグス粒子が隠れられる領域が確実に狭まっていることを示している。LHC実験でのもっとも重要な目的の一つは、ヒッグス粒子が存在するか存在しないかに決着をつけることである。この粒子は1960年代から基本粒子の質量を与える仕組みの帰結として提唱されている。アトラスとCMSは、145GeVから466GeVのほとんどの質量範囲には、標準理論が提唱するヒッグス粒子がないことを95％の確度で示した。

ヒッグス粒子の探索以外にも、LHCでの実験グループは、多様な物理に関して多くの結果をこの国際会議で発表していく。LHC加速器と各実験の測定器、さらに、世界中に広がったLHCコンピューティンググリッドが極めて順調に稼働しているので、今回の新しい結果のいくつかは、7月の大きな国際会議での結果と比べて、約2倍のデータを基にしたものに更新されている。

「素粒子物理学にとって劇的な時期だ。さまざまな発見が今後12 か月の間になされることはほぼ間違いない。もしヒッグス粒子が存在するなら、LHC での実験はそれをもうじき発見する。もしそれが存在しないなら、それに代わる新しい物理があることを示している。」CERN の研究担当副所長のセルジオ・ベルトルッチ氏は言う。

標準理論のヒッグス機構は、宇宙を構成する多くの基本粒子が質量を持つに至った理由を説明する一つのものである。この機構によると、空間はいわゆるヒッグス場で満ちていて、それと基本粒子が相互作用を行う。ヒッグス場と強く相互作用する粒子は重い粒子になり、弱くしか相互作用しない粒子は軽い粒子となる。例えれば、軽い粒子は流線型のスポーツカーで、バス（重い粒子）より、よく風を切って進むようなものだ。

素粒子物理学の2011 の最初の大きな国際会議は、7 月にフランスのグルノーブルで開かれた、欧州物理学会の素粒子物理学会議であった。その会議でアトラスとCMS 実験は、ヒッグス粒子の存在を示唆するようなデータも出てきているが、それは、単に数が少ないためのバラツキでも説明できると慎重な説明を行っていた。今回、新たなデータを加えた結果をみると、ヒッグスの存在を示す傾向はやや弱くなっている。

「LHC の調子が非常によいため、我々はたくさんとデータを先月新たに収集できた。これらのデータで、標準理論に関する我々の理解をより深めることができ、ヒッグス粒子やほかの新粒子の探索にも進展があった」アトラス代表者のファビオラ・ジャノッティ氏は語る。

CMS 代表者のグイド・トネッリ氏も同様にコメントする。「今年LHC がすばらしい性能を出していることで、我々は発見を議論できるところまで到達している。ヒッグス粒子が発見されようとも、否定されようとも、新しい物理像がどういうものであるかが明らかになる時代に立ち会おうとしている。」

レプトン・フォトン国際会議は8月27日まで続く。25日には記者会見が予定されており、CERNのロルフ・ホイヤー所長も参加する。CERNのLHCb実験は27日に標準理論に関連した新結果を発表する。この国際会議で発表されたLHC実験の結果は、その後CERNのウェブページで公開される。

LHC加速器は順調に稼働しており、今年末までには、これまでに収集したデータを最低でも倍増できる見込みである。

レプトン・フォトン国際会議:
http://www.tifr.res.in/~lp11/

レプトン・フォトン国際会議webcast:
http://webcast.cern.ch/live.py

各実験からの最新情報:
ATLAS: http://atlas.ch/
CMS: http://cms.web.cern.ch/cms/index.html
LHCb: http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/

本日本語記事は、LHCアトラス実験日本グループのウェブサイトに掲載されたものを転載しました。
http://atlas.kek.jp/sub/CERN-LHC/PR01411ELeptonPhoton-jp.pdf

［英文記事］

 ■ディレクターズ・コーナー

ありがとう、ILC

（Thank you, ILC, too!）

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）のコストマネージャー、Peter H. Garbincius氏の執筆。

Peter Garbincius | 25 August 2011

Peter Garbincius氏

国際…リニア…コライダー

「国際」という言葉がキーワードだ。少なくとも、素粒子物理学においてILCは、まさにコンセプトの段階から、世界的な参加を意図した、初めての巨大加速器プロジェクトである。ILCほどの規模の研究は、国際的な参加を必要とし、また、世界的な理解や協調も必要である。じつに素晴らしいコンセプトだ…国や民族の異なる人々がともに共通の目標に取り組むことを学ぶことができさえすれば！おそらく、ILCはこの方向での第一段階に過ぎないだろう。

ILC（そして、TESLAと米リニアコライダー技術オプション研究に関するそれ以前の4年の部分）に関わった6年間で、私は世界中から集まった人たちとともに働き、彼らの研究所や大学を訪問することができ、非常に幸運だった。その多くは、ILCに関わっていなければ、訪れることがなかった場所である。旅は、視野を広げ、異なる文化や問題にアプローチする方法を教えてくれる。私は、こうした経験ができたことに、心から感謝している。

しかし、最も励みになるのは、想像力に富み、優秀かつ、熱心な人々と働くことができたことだ。ILCにかかわっている間に、私は、そのような人々と出会い、働き、そして、古くからの友人と再会することもあった。彼らは、いつも私にとって、インスピレーションの源であった。

8月4日のディレクターズ・コーナーでBarry氏が発表したように、私は米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）の中でより責任の重い仕事を引き受けることになり、ILC GDEを去ることになった。長年の同僚である、Gerry Dugan氏（我々は二人とも20年以上前、Fermilabの部門長であった）は、GDEコストマネージャー、コストエンジニア、そしてICET（ILCコスト見積りツール）の管理人の仕事を引き継いでくれる。彼が技術設計報告書に向け、この仕事をうまくまとめてくれると考えている。

2冊の有名な特別パリ・ガイドブックのうちの1冊を持つ、GDEディレクターBarry Barish氏


もちろん、ILCの仕事でかかわったみなさんにお礼を申し上げたい。しかし、私が働き、一番やり取りした人たち、会議、レビュー、ワークショップの主催し、素晴らしいもてなしをしてくれた機関の全てのリーダーや代表、ともに働いた2人のコストエンジニア、Wilhelm Bialowons氏と設楽哲夫氏、設計コスト委員会、一般施設とサイト検討チーム（リーダーはVic Kuchler氏）、 ILCコミュニケータ、 Maura Barone氏、DESY-EDMSとTriadを含むICET開発チーム;、GDE役員会;、GDEプロジェクト・マネジャーのMarc Ross氏、Nick Walker氏、山本明氏;、GDEを保つ接着剤であるMaxine Hronek氏、そして、もちろん、我々のリーダー、Barry Barish氏に、特に感謝したい。

お互いさまなので、私の妻Jeanが7月にパリのモンマルトルで撮った写真を載せる。思いがけず、BarryとSamoan夫人に会ったとき「このガイドブックによると、この通りでは、誰も知り合いには会わないと書いてある」と、Barry氏は言った。私は、我々が同じガイドブックを持っているにちがいなかったのにと思う！

再び、ILCの素晴らしい経験を過ごさせてくれた、みなさんにお礼を述べたい。私は、超伝導高周波（SCRF）技術開発を深化させ、TDRが完成する折に、そして、科学の神様が手の届く範囲内に面白い物理を置くならば、ILCの速やかな承認、建設、利用の成功を祈っている。

私は、いつもの「ILCはまもなく！」で締めくくりたい。

［英文記事］

■ブログライン

23 August 2011
Pauline Gagnon
New results, same uncertainty

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

View complete calendar

■ニュース記事

  • from Iwate Nippo
    23 August 2011
    政府は１９日、本年度から５年間の政策の方向性を定めた「第４期科学技術基本計画」を閣議決定した。震災復興に向け、被災地に「新たな研究開発イノベーション（革新）の国際的拠点」を形成するための検討を行うことを明記。超大型加速器・国際リニアコライダー（ＩＬＣ）の誘致を目指す本県の提案が反映された。政府が復興策の一つに位置付けたことで、立地に向けて弾みとなりそうだ。
  • from Nature
    22 August 2011
    物理学の全てで最も求められている粒子、ヒッグス粒子は、物理学者が期待していたより発見するのが難しいとわかった。
  • from symmetry breaking
    22 August 2011
    本日、スイス、ジュネーブ近郊にある、欧州合同原子核研究機関（CERN）にあるLHCの2つの実験共同研究グループは、ヒッグス粒子が隠れている可能性のある質量領域をかなり狭くしたことを発表した。
  • from BBC News
    22 August 2011
    LHCの科学者は、彼らが粒子が弱めた長く求められたヒッグス粒子の「ヒント」を見るかもしれなかったことを示唆した合図を言う。
  • from Reuters
    22 August 2011
    宇宙の創成で、不可欠な役割を演じたかもしれないと信じている粒子を追う科学者は、月曜日、彼らはそれが結局存在しないかもしれないことを認める、と表明した。
  • from Physics Viewpoint
    22 August 2011
    物質に現れることが予測される最も面白いマヨラナ・フェルミ粒子は、ゼロ次元束縛状態は、さまざまな位相的欠陥に依存して暮らすのに限られる。フィジカルレビューレターズ、Pavan Hosur、カリフォルニア大学バークレー校からの協力者により発行された論文で、これらの束縛状態が超伝導体CuxBi2Se3の渦で見つかると予測した。
  • from The Daily Californian
    21 August 2011
    バークレー研究所の研究者は、中国ベースの大亜湾ニュートリノ実験施設を建設するために、世界中の250人の物理学者とエンジニアと共同し、時と空を超えて働く方法についての疑問に答えるために、ニュートリノの特異性を解読に取り組んでいる。
  • from Fermilab Today
    19 August 2011
    Fermilabで計画されている新実験は、研究者が仮の粒子の原子を構成する世界をのぞき込み、10年間の謎を解くことができるようなる。Fermilabミュオンg-2実験は、ミュー中間子（電子と類似しているが、200回倍重い短命な粒子）の強いビームを使う。
■プレプリント
arxiv preprints
  • Bending a Beam to Significantly Reduce Wakefields of Short Bunches

 

■今週のビデオ

反陽子質量を正確に測定するASACUSA

（ASACUSA to precisely measure antiproton mass）

ビデオ: CERN

CERNの科学者とミュンヘンにあるマックス・プランク研究所のグループは、ASACUSA（より正確に反陽子の質量を測るために反陽子ヘリウム原子を使う新しい実験）に、一緒に取り組んでいる。

投稿情報: 2011/09/07 カテゴリー: ILC NewsLine |

ILC NewsLine 2011年8月18日号

NewsLine 2011年8月18日号 [英文記事]

■リサーチ・ディレクター・レポート

ILC測定器R&Dの影響

（The impact of ILC detector R&D）

今月のリサーチ・ディレクター・レポートは、ILC測定器共通作業グループの委員長と世話人をつとめるMarcel Demarteau氏の執筆。

Marcel Demarteau | 18 August 2011

BELLE-II実験のためのバーテックス測定器の上半分の立体図。DEPFET技術に基づいて設計されている。画像：ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）

ILC加速器と測定器の実際の建設日は全く未定だが、ILC測定器のR&Dの影響はとても現実的なものである。私たちは、物理やテスト・ビーム・データを分析したり、予算獲得に奔走したり、と日々の活動に没頭している。そのため、ILC測定器のために始まって発展した研究が、素粒子物理学研究はもちろんのこと、それを越えた分野にも大きな影響を与えていることを見落しがちだ。

欧州合同原子核研究機関（CERN）のビームテレスコープとDESYのテスト・ビームラインは、MIMOSA-26ピクセルのセンサーがベース。画像：DESY

 

ILC物理プログラムを可能にするためにキーとなる要素が、バーテックス測定器である。重いクォークやヒッグスを探索するためには、先例のない精密さで第一・第二バーテックスの再構成を行う必要がある。この非常に高い要求性能は、結果として、電力消費量への制限と、測定器の物質量の制限に反映される。さらに、測定器占有率と細分割度、読み出し速度と耐放射性が、実験環境に相応していなければならない。これまで複数のバーテックス測定器技術のR&Dが、非常に活発に行われてきた。DEPFET （depleted field effect transistor）検出ピクセル・センサーは、広範囲で研究されている。この装置は、電力消費量が非常に少ないという特徴があり、有感厚を50マイクロメートル（μm）まで薄くすることが可能だ。プロトタイプ測定器は、広範囲でのビームテストが行われ、現在までに、非常に良い性能が達成されている。この性能に着目したのが、KEKBファクトリーのBELLE-II共同研究グループだ。ILCの研究として行われた広範囲なR&Dにより、BELLE-II測定器は、測定器にすぐに適用できる、完成した技術を得ることができたのだ。

もう一つのアプローチは、CMOSピクセル・センサー技術である。COMSは、超高細分割度、非常に薄いセンサー、集中処理回路網を実装する能力という、長所があり、市販の技術であることも長所である。ILCの物理要求に対応するために、30個以上のプロトタイプセンサーが、MIMOSA系でつくられてきた。最新型（MIMOSA-26）は、18.4μmピッチで1152×576ピクセルのマトリクスだ。全ユーザーコミュニティーが利用できる、DESYとCERN両テスト・ビームラインにある、ビームテレスコープは、最近、このセンサーを取り入れた。また、米ブルックヘブンにある、重イオン衝突型加速器（RHIC）のSTAR実験の重いフレーバー飛跡検出器でも採用されたセンサーだ。RHICは、2013年ごろにデータ収集が開始される予定だ。このセンサーの改良版は、ドイツ重イオン研究所（GSI）のFAIR（Facility for Antiprotons and Ions Research）の圧縮バリオン物質（Compressed Baryonic Matter）実験のマイクロバーテックス検出器向けの基本構成にもなる。また、ここでも、長期かつ行き届いたILC R&Dプログラムが、実験に応用可能な成熟レベルに、この技術を持ってきたのだ。
もう一種類のセンサーは、垂直的に統合されたシリコン、略して3D 技術。これは、層間で互いに相互接続する上で積み重ねられる非常に細いシリコンの層から成る。各層は、7μmほどの薄さで、その機能のために最適化されている。この比較的新しい技術はILCバーテックス測定器の必要条件が明確に指向するもので、現在大型ハドロンコライダー（LHC）実験の飛跡検出器のアップグレードのための重要な候補技術となっている。ILC研究者グループによって活発に開発されているもう一つのバーテックス測定器技術である、SOI（Sillicon On Insulator）技術は、既に、X線撮像装置に利用されている。

LHCアップグレードの飛跡トリガーのための三次元シリコンアセンブリの概念図は、上と底でインターポーザを通して相互接続している、シリコンセンサーを示す。画像：Ron Lipton氏


これまで、あまり正確に科学技術研究の波及効果の予測は行われて来なかった。現在のように世界経済が厳しい時期には、基礎研究の影響が疑問視されることが多い。しかし、これまでの成果が実証するように、素粒子物理学分野、またはそれ以外の分野の研究に必要とされる研究からの波及効果は、広範囲に及んでいる。ILCのための測定器開発は、他の多くの科学領域に進出しており、間もなく発行される報告書には更に詳細に報告される予定だ。ILC測定器の研究仲間は、すでに実現したこれらの成果に関して大いに誇っても良いだろう。
■世界の各地より

測定器科学者とGEMチャンバー

（Detector scientists and the chamber of GEMs）

アーリントンにある、テキサス大学の研究者は、２週間かけて、米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）のテストビーム施設でILC測定器チャンバーのプロトタイプの特性を明らかにするための実験を行った。

Leah Hesla | 18 August 2011

ILCの測定器開発に取り組んでいる3人の研究者は、テキサス州アーリントンからイリノイ州バタヴィアまで、1500キロ、彼らの実験装置を運び、自分たちの測定器の理解を深めた。

約2週間、テキサス大学アーリントン校（UTA）の研究者は、Fermilabテストビーム施設でミュオン、陽子、パイ中間子ビームを使って、プロトタイプの試験を行った。異なる状況の下で、どのように反応するかについて調べるため、データを収集したのである。このチャンバーは、ガス電子増倍管（GEM）からできている。CALICE共同研究グループの活動の一環として、これらの測定器は、ILCに代表される次世代加速器で使われるデジタル・ハドロン・カロリメータ（DHCAL）向けに開発が行われている。

UTAの研究者Danrae Pray氏、Jaehoon Yu氏、Seongtae Park氏は、GEMカロリメータ・チャンバーを特徴づけるために、今月、Fermilabテストビーム施設を訪れた。画像：Jaehoon Yu氏。

UTAチームの4台のGEMチャンバーは、Fermilabテストビーム施設に設置された。これらのチャンバーのうち3つは1ビットDCALチップ、もう一つは13ビットKPiXチップによる読出である。画像：Jaehoon Yu氏。

GEMと信号処理回路の双方の働きによって、ビームがカロリメータを通過する時に生まれる粒子シャワーを再構築する。

UTAチームのプロトタイプは、長さ、幅、各30センチ、厚さ数ミリ。LPレコードを何枚か積み上げたぐらいの大きさだ。今回のテスト・セットアップでは、ビームに向かって、4台のチャンバーを並べて設置している。

試験のある時点で、UTAチームは、予想外に大きな、陽子の波を記録した。

「測定器が壊れることはありませんでした。測定器は、まるで何も起こらなかったかのように機能していました」と、テキサス大学アーリントン校のJaehoon Yu氏は語った。Yu氏はDHCALのためのGEM技術を開発する活動を共同で主導している人物だ。「少なくとも、私たちの感覚では『非常に高い』、高強度陽子をパルス状に送ることができます。私が20,000の陽子が高強度と見なしたら、オペレーターは笑うでしょうが」

GEMは、陽子のような荷電粒子がチェンバーを通り抜ける時電気信号を増幅するために、マイクロメートルの薄さの銅で覆われたプラスチック・ホイルを使っている。1ミリメートル間隔をあけた、2枚の四角いGEMホイルがチャンバーの中心に設置される。残りのチャンバーは、アルゴン炭酸ガスで満たされる。粒子がチェンバーに入射すると、ガスの中でイオン化する。チャンバーに電圧が加えられると、GEMホイルを通してチャンバーの後方に向かう。電子が最初のホイルを通過すると、ガス分子から大量の電子が生成され、それらの電子がホイルの穴を埋める。新しく生まれた電子は、第2のホイルに向かって進み、さらに大量の電子が発生する。新たに増殖した電子の数は、最初にガスから放出された電子のおよそ10,000倍に及ぶが、チャンバーの直後にある電子センサーで信号として捉えられる。その信号によって、粒子が通過した時間と場所がわかるのだ。

GEM技術の利点は、各ホイルに加わる電圧が、ほんの数百ボルトという比較的小さなものであるという点だ。これは、測定器が次の電子の波を測定する準備にかかる時間が少なくて済む、ということだ。

「大量の電子の『雪崩』から、素早く復旧できるということです」と、Yu氏。「そこで、これらの測定器は、より多くのインタラクションが起きるビームラインの近くで使用することができるのです」。測定器の回復時間が早いと、チャンバーは比較的高い輝度のビームの荷電粒子を受け入れることが可能だ。

ILCプロジェクトで、GEM技術は高抵抗電極版チェンバーの相補技術である。高抵抗電極版チェンバーは電子信号を生み出すために薄い銅を巻いたホイルではなく、抵抗性のあるガラス板を使用している。これは良く知られた技術で、SiD（シリコンダイオード）DHCAL向けの、最初の調査技術に選ばれた。しかし、GEM技術は有望であり、LHC実験のいくつかは測定器部品にその開発を進めることに取り組んでいる。

粒子が通過したという信号をガス電子増倍管が増幅する間にセンサーが働き、正確に粒子の軌跡を記録する。UTAグループは、チャンバーからこの電気信号を捉えるために、2台の異なるチップの開発に取り組んでいた。一つは、デジタル（1ビット）で、もう一つは、アナログ（13ビット）。これらのチップは、GEM測定器の真後ろでアノードに付される。

 

左上の、33cm×100cmのチャンバーは、100cm×100cm四方の測定器面を作るためにまとめられる。画像：Jaehoon Yu
13ビット・アナログ・チップ（KPiX）は、ILC用シリコン・タングステン電磁カロリメータに使うために米SLAC国立加速器研究所が開発したもの。KPiXは、UTAの4台のチャンバー・プロトタイプのうちの一つに使われている。最新版のチップは512チャネルの読出しができ、そのうち64（8×8の正方形に配列）がGEMチャンバーに使われる。このチップからの信号は、UTAプロトタイプで測定される電荷分布の情報を提供する。
医学画像目的のために開発された、UTAの2cm×2cmのGIA（GEM蛍光増倍管）チャンバー・プロトタイプは、測定器スタック（内部の円）のまさしくその後ろに置かれている。画像：Jaehoon Yu氏
「この電荷分布は美しいです」と、Yu氏は語る。チームがKPiXチップと一緒に持っていった高い統計データは、これまでのテストからとられたデータと素晴らしく一致した。

他の3つのチャンバー・プロトタイプで使われる、デジタル・センサーは、米アルゴンヌ国立研究所とFermilabとで共同開発したDCALチップである。各チャンバーの256の検出パッドは、それを通しての粒子の軌跡のきれいに粒を有する読み出しのためのこれらのチップ（3台のチャンバーで合計12枚のチップ）のうちの4枚による読み出しである。

UTAグループはチャンバー・プロトタイプをいろいろな状況に置いた。例えば、各チェンバーで加える電圧の高さを変えたり、位置による違いがあるかどうか見るためにチャンバーを比較的ビームに近いところへ動かしたり、実際に通過する粒子のうち、どれくらいが測定器によって実際に見られるか決めたりした。このような多くのテストに時間が使われた。

「およそ1パーセントの誤差、もしくはそれより優れた精度が欲しいので、多くのイベント、そして、多くの時間を必要とします」と、Yu氏。

チームは、測定器の後ろにある医学画像取得のために開発されている小さなプロトタイプ・チャンバー（2cm×2cm）のテストも行っている。このGEM蛍光増倍管（GIAと呼ばれている）のプロトタイプは、テキサス大学南西医療センターとの共同研究のたまものである。

来年にわたって、チームはより大きなチャンバー（33cm×100cmの面積）をつくり、それら3つを組み合わせて1m四方の測定器を作る。世界中の多くの他の努力のおかげで、GEM技術は、基礎物理のみならず、天文学、防御、医療のX線撮像のような応用分野においても研究開発が行われてきたのだ。

DHCALとGEMについてより詳しくはこちら。
■ディレクターズ・コーナー

カリフォルニア工科大学で開かれた、GDE役員会会議（GDE Executive Committee meeting at Caltech）

Barry Barish | 18 August 2011

Mike Harrison氏（米州地域ディレクター）は、ILC実施計画に関する議論を主導した。後ろには、有名なカリフォルニア工科大物理学者、Richard Feynman氏の胸像。画像：国際共同設計チーム（GDE）
2011年7月19-20日、米カリフォルニア工科大で、GDE役員会は重要な会議を行った。今年の春、ILC技術設計報告書（TDR）のための新ベースラインを確立したため、本会議は、R&D、設計、実際の範囲の詳細や、2012年末の完成を目指す報告書の内容などに焦点を絞った。TDRの実施計画に関する章の最初のドラフトに関する議論は、この会議で特に注目に値するものだった。会議の議論は、最終的なサブシステム加速器設計の技術的なベースライン・レビューのための計画から、超伝導高周波要素の世界的な工業化など多岐にわたった。

GDE役員会（EC）は、毎週電話会議を行い、GDEの活動の全側面の検討・計画を行い、トップレベル決定をし、会議を計画する、GDEの上層部集団であり、GDEの全般的な運営機関である。私は、EC会合の議長をつとめており、報告書を要求したり、議論を促したり、GDEの多様な活動についてのアドバイスを求める。たとえ、主にサイバースペースを通じて会合を行うとしても、EC会議は非常に貴重で非常に効果的なものである。しかし、ウェブベースの長距離会議が進歩しても、まだ定期的に対面の会談の場を持つことが必要だ。私たちは1年につき2回か3回、重要なILCワークショップの会期中に会い、さらに、これらのワークショップの間にECの会議を行う。

多くのサイトに申し込むことができたプロジェクト実施計画の草案バージョンから可能な予定の例

2年間集中して取組み、GDEの主要な成果物となるILCの技術設計ベースラインを確立した後だったため、パサデナの会議は特に重要な時期に行われたと言えよう。新しいベースラインは、2007年につくられた基準設計に4つの大きな変更と、数多くの細かい変更を加えたものだ。これを一貫性のある設計にまとめ、TDRに反映させる計画について議論するため、EC会議がカリフォルニア工科大で開かれた。

コンパクトリニアコライダー研究のリーダー、Steiner Stapnes氏は、カリフォルニア工科大で開かれた、ECでCLIC計画とCERNの展望についての報告を行った。画像：GDE

TDRは基準設計報告書の資料を改訂したものから構成され、いくつかの重要な追加もある。特にEC内部では、私たちはILC実現に向けた、多様な問題について議論した。ILCは、その独特なグローバル特質のため、様々な点で、巨大プロジェクトを組織、管理する方法で多くの新しい課題を抱えている。GDEは、設計段階から、優先順位の決定や仕事の調整・決定を国際的に行って来ており、R&Dと設計プログラム実施において成功をおさめている。ILCが建設プロジェクトへと進化した時に、いかに、この国際ベースを維持するか、は新たな問題だ。それゆえ、これらの問題が技術設計に反映されるよう、実施計画の一部に取り込んでいるし、これまでの活動からGDEが得て来たあるべき国際プロジェクトの運営についての考察を文書に盛込もうとしている。

TDRのプロジェクト実施計画（PIP）セクションは、カリフォルニア工科大でのEC会議の議論の主要テーマであった。TDRのこの部分は、私たちが時間をかけて間取り組み、すでに文書化した主題である、ガバナンスに関するセクションを含む。他のサブセクションでは、予算モデル、プロジェクトマネジメント、ホスト国の責任、サイト選定問題、現物支給による貢献モデル、超伝導高周波直線加速器要素の工業化と大量生産、プロジェクトスケジュール、将来の技術活動などが検討された。PIPの活動は、Mike Harrison氏が主導している。技術的な提案にそのような項目を含む先例はほとんどないが、プロジェクトが実現する段階で、このセクションに有益な情報が含まれると考えている。このセクションのドラフト版を精査した後、GDEは、関係者からのコメントを求めて、文書を公開する予定だ。

TDRのプロジェクト実施計画（PIP）セクションは、カリフォルニア工科大でのEC会議の議論の主要テーマであった。TDRのこの部分は、私たちが時間をかけて間取り組み、すでに文書化した主題である、ガバナンスに関するセクションを含む。他のサブセクションでは、予算モデル、プロジェクトマネジメント、ホスト国の責任、サイト選定問題、現物支給による貢献モデル、超伝導高周波直線加速器要素の工業化と大量生産、プロジェクトスケジュール、将来の技術活動などが検討された。PIPの活動は、Mike Harrison氏が主導している。技術的な提案にそのような項目を含む先例はほとんどないが、プロジェクトが実現する段階で、このセクションに有益な情報が含まれると考えている。このセクションのドラフト版を精査した後、GDEは、関係者からのコメントを求めて、文書を公開する予定だ。
■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ

■ニュース記事

  • from physicsworld.com
    16 August 2011
  • 真の国際協力で建設された中国初の大規模科学プロジェクト「大亜湾原子炉ニュートリノ実験施設」が、運転を開始した。来年完成する予定。共同実験チームには、中国の19大学、米国の16大学が参加しており、唯一解明されていないニュートリノ混合角「θ13」の探索を開始する。
  • from Conceivably Tech
  • 15 August 2011
  •  新しい粒子コライダーの誕生を目撃する
  • 来月、Fermilabは、伝説的なテバトロン粒子加速器の運転を停止する予定だ。CERNのLHCの後継加速器候補「ILC」の米国への建設に向け、研究者たちは政治的にも財政的にも厳しい立場に置かれている。
  • from Xinhua News
    15 August 2011
    南広東省にある、大亜湾原子炉ニュートリノ実験施設の科学者は、2つの検知器を通してニュートリノを発見した。これは、宇宙にはなぜ反物質より物質が多く存在しているのかという謎を解くことの手掛かりを提供しそうである。
  • from Interactions
  • 15 August 2011
  • 大亜湾ニュートリノ実験、データ取得開始
  • 2台の測定器をつかって行われている実験の最初の実験結果が記録されつつある。南広東省にある、大亜湾原子力発電所の強力な原子炉で作られた反ニュートリノの相互作用の記録である。

■アナウンス

訂正
ILC NewsLine7月28日号の「クライオモジュールへの電源供給」の記事の中で、CM1プロジェクトの重要な貢献者に触れることが、省略されていました。技術者は、科学者とエンジニアに加えて、ハードウェアの改良や、クライオモジュールの部品の設置作業などを行ってくれました。謹んでお詫び申し上げます。

■プレプリント

arXiv preprints
  • Measurement of CP asymmetries in neutralino production at the ILC
  • Forward-Backward Asymmetries of Fourth Family Fermions Through the Z’ Models at Linear Colliders

■今週のイメージ

科学の夏の学生たち（Summer students of science）

画像: DESY

この夏、19の異なる国籍の81人の学生が、ハンブルグとツォイテン（ベルリン）にあるDESYで、研究グループの日常業務に参加し、異なる活動に参加した。今年のプログラムでは、ILCについての紹介があった。

 

 

 

 

投稿情報: 2011/09/07 カテゴリー: ILC NewsLine |

2011/09/05

ILC NewsLine 2011年8月11日号

ILC NewsLine 2011年8月11日号　[英文記事]

■ディレクターズ・コーナー

ILCのエネルギー範囲を拡大する

（Extending the energy reach of the ILC）

Barry Barish | 11 August 2011

重いヒッグスの生成には、1テラ電子ボルト(TeV)のリニアコライダーが必要かもしれない。

 

基準設計報告書（RDR）で示されたILC国際共同設計チーム（GDE）の設計は、500ギガ電子ボルト（GeV）の最大の重心系エネルギーを持つ電子-陽電子衝突型加速器だ。1TeVを目指した設計やアップグレードの方法は、RDRでは示されていなかった。しかし、ビーム収束系をアップグレード可能な設計としたり、より高いエネルギーに耐えうるビームダンプを採用するなど、基準設計により高いエネルギーを目指す方向性は明確に示されていた。現在、ベースライン設計で定めた加速勾配が達成され、大型ハドロンコライダー（LHC）からは、次世代加速器のエネルギー選択につながる実験結果が期待されている。そのため、私たちは技術設計報告書（TDR）に向け、より高いエネルギー実現の方策を研究しており、TDR以降のプログラムに向けては、より高いエネルギーを達成できるコスト効率が高いR&Dに重点を置いている。

GDE のILC設計は、ILC運営委員会（ILCSC）の研究「リニアコライダーのための仕様パラメータ」で設定された目標に基づいている。この研究は、Rolf Heuer氏が委員長となり、駒宮幸男氏とDongchul Son氏（アジア）、Francois Richard氏（欧州）、Paul Grannis氏とMark Oreglia氏（北米）の構成するチームによって行われたもので、第一次報告書は2003年に執筆され、2006年に更新された。2006年の報告書は、下記の通り、ILCのベースラインを超えたエネルギー・アップグレードに最優先順位を置いた：
3. ベースライン加速器を超えたエネルギー・アップグレード
最初の数年の運転から得られた結果とは別に、エネルギー・アップグレードをするいくつかの理由がある。例としては、変則的なゲージボソン結合のより高い感度での探索、ヒッグス粒子の自己結合の測定、トップクォークへのヒッグスの結合、質量の大きな新しい粒子の生成、または余剰空間次元の模索などがある。従って、加速器のエネルギーは、アップグレードが可能でなければならない。

500-1000GeVの範囲で新しい物理学がある可能性が高いということは、およそ1TeVへのリニアコライダーへのアップグレードの可能性は、ベースラインを超えた最優先ステップであることを意味する。
  • 加速器のエネルギーは、およそ1TeVまでアップグレードが可能でなければならない。
  • 加速器のルミノシティと信頼性は、約3～4年で、1ab-1（1TeVに等しい）レベルの収集が可能であること。
  • 加速器は、連続測定のために、また、設計ルミノシティ（√sスケーリングが想定される）の最高エネルギーまでの網羅的な探索を可能とするために、どのエネルギーでも運転できる能力を持たなければならない。
  • ビームエネルギーの安定度と正確度は、ベースライン加速器の設計で提示された通りが望ましい。

TeVへのアップグレード構想は、GDEプロジェクト・マネージャーNick Walker氏（ドイツ電子シンクロトロン研究所：DESY）により説明された。

新たなTDRベースラインでは、エネルギーに関しての記述は、500GeVより低いエネルギーにおける物理性能を達成する方法に重点が置かれている。これまでに、物理の必要条件を満たすことが可能で、費用効果に優れ、整合性の取れたTDRベースラインの開発に成功している。それは、低いエネルギー領域における物理の必要条件も含まれる。現在、GDEでもILCのエネルギー範囲を、500GeVを超えて拡大するコスト効率の高い方策について研究が進められている。また、達成可能な物理性能の評価も行っている。これは、提案中の加速器に、LHCから得られた結果を最大限に活かす柔軟性を与えるものである。

私たちは、より高エネルギーに向けた2つのアプローチを検討している。1）数年間の初期の500GeV運転後に、いつの時点になるかは未定であるが、前述のILCSC研究で述べたように1TeVまでアップグレードする。2）特にそれがLHC結果から優先されるならば、より高エネルギー加速器へのより費用効果がよいダイレクト・パスを検討する。

DESYの大結晶粒塊9セル空洞で達成された45MV/mの高い加速勾配（Aderholdほか）
初期の0.5TeV ILCに続く次世代アップグレードは、ILCSCパラメータメモで述べられているように、常にGDEのミッションの一部であった。500GeV加速器の仕様パラメータと設計は今日の技術を使用しているため、R&D項目はほぼ確実に実施できる。そのため、有効なコスト評価を行うことが可能だ。私たちは、稼働の数年後にはアップグレードに利用できる技術を見積もることができる。初期の500GeV加速器をアップグレードするために必要な改修を必要最小限とすべく、諸問題に対応している。しかし、アップグレードのパラメータが、ベースライン加速器の設計にあまりに制約され過ぎないようにしている。これらのオプションの具体的な計画はTDRで発表される。概説すれば、より高い加速勾配をもつクライオモジュールを直線加速器の下流部分に追加しすることを計画しているのだが、500GeV加速器の設計時点で他の修正も考慮されている。

第2のアプローチは、初期の加速器計を、TDR発行以降のR&Dプログラムで試験を行う高加速勾配空洞を採用し、また、バリュー・エンジニアリングと他の技術革新を通してのコスト低減を行うことで、できるだけ費用効果がよく、高加速勾配の設計にする、というものだ。このアプローチで加速器を設計すると、ILC建設提案にLHCからの成果を最もフレキシブルに適応させることが可能となる。私たちは、TDRの準備期間を使って、より高いエネルギーを目指し、TDR以降のR&Dプログラムを決定する予定だ。

9月にグラナダで開催される「LCWS11会議」で、高エネルギーオプションに関して、実験グループと特別な合同セッションを予定している。その展開に伴い、このプログラムについて引き続き報告していきたい。

■特集記事

SLAC TODAYより：本物のヒッグス粒子、出てくるか？ 

(From:SLAC TODAY Will the Real Higgs Boson Please Stand Up?)

産業界の成果

（The fruits of industry）

GDEは、ILC技術によるイノベーション推進を目指して、産業界と協力している。

Leah Hesla | 11 August 2011

世界的な科学プロジェクトとして、ILCは米州、アジア、欧州の研究所の協力で進められている。ILCはまた、世界中の産業界の協力も必要とするプロジェクトだ。

GDEは、イノベーションの育成を目的に、産業界のパートナーや多くの共同研究者との間で情報や意見交換の促進に取り組み、プロジェクトコストを管理し、産業界からの新規参入者が手早く情報を収集できるような体制を構築して来た。

「私たちは、多国間の協力で働いています」と、GDEプロジェクト・マネージャーMarc Ross氏。「１レベルにとどまらない多国間協力は、GDEの全活動のカギです」。このことが、研究所-産業界の関係では、1企業ではなく、複数の企業がR&Dを行う、という現状へと導いたのである。
日本の東芝にて。プロジェクトマネージャのMarc Ross氏と山本明氏。電磁石巻上げとテスト空洞の展示ケースの前に立っている。画像：山本明氏

 

GDEは、2009年以降、産業界との協力を精力的に進め、加速器技術の企業でのR&Dについて定期的に話し合いを持ち、新たな企業がILCの活動に参加するようになった。

高勾配の加速空洞の開発が一例であるが、GDEは、複数の企業が特定の研究開発を行うことを奨励することにより、多くの科学技術イノベーションの機会を創出した。このことはILCのためになることはもちろん、加速器科学を超えた他分野にも役立つと、プロジェクト・マネージャー、山本明氏は言う。

「現在の技術は、新しい物理学の研究には、十分洗練されたものではないかもしれません。そのため、イノベーションが必要なのです。イノベーションから生まれるのは、非常に素晴らしい科学です。たとえそれが直接素粒子物理学でないかもしれないとしても、科学は科学なのです」

ILC研究から生まれる新たな科学としては、ニオブの物理的性質の解明や、または環境にやさしいニオブの研磨方法のより深い理解などが考えられる。これら数々のブレークスルーから生まれる科学的な利益は、巨大地下粒子加速器に限られたものではない。他の科学分野は、ILC研究から派生した研究で利益を得ることができる。そして、産業界も利益を得ることができるのだ。

「加速器駆動未臨界システムが電力を生み出す方法になるとしましょう」と、FermilabのBob Kephart氏「突然、空洞メーカーは、エネルギー業界に市場を持つことになるのです」

産業界は、GDEのマネージメントモデルの中央にある。どんなハブ研究所も、世界中のどんな産業界にでもアクセスすることができる。画像：山本明氏


複数の企業を巻き込む理由のひとつは、競争の幅を広くしておくことである。このことによりGDEの活動は透明性を持ち、誰もが研究活動の全体像を把握しやすくなる。研究に一極集中を排除することで、建設が始まるまで、競争する余地を残しておくのだ。

また、GDEにとっては、研究を拡大すること自体が実際的だ。ILCの研究活動はそもそも広範囲にわたるものだからだ。

「研究開発活動を1〜2社に限らず、複数の企業で分担してもらうことが重要です」と、山本氏。ILC研究から最も著しい進歩をとげた「超伝導高周波（SRF）技術」は、比較的若い分野であり、SRF要素を開発する大多数の企業は、中小企業であることが多い。複数の会社で製造を分担することで、コスト面、労働力面の双方の観点で、中小企業が参入しうるユニット数を、1000台から200台に小規模化することができるのだ。

ILCにとって製造の分担は、冗長性も意味し、これは一種の保険となる、1つのベンダーの空洞が仕様を満たすことができない場合には、他の企業が埋め合わせをするのだ。

「大きなリスクファクターは必要ありません」と、山本氏。

最近開かれたILCが主催する、SRF2011会議のサテライト会議で、科学者と会合を行う産業界の代表ら。画像：山本明氏

企業による製造の分担は、加速器の製造に適するものだ。加速器は巨大だが、部品はそうではない。数人いれば、加速空洞ユニットを取りだすことができ、重いクレーン作業は必要無い。部品がきちんと組み合わせられるなら、個々の部品を一社でつくる必要はない。

「基本的に分割可能なのです」と、Ross氏。「直線加速器がその両端で型の異なるクライオモジュールを使っていようと、接続できる限りは問題ありません」

GDEは、いわゆるプラグコンパチブルの技術を調査するために、ILCの分割性を利用する。

「お店に行けば、自分が乗っている自動車の製造メーカーではないメーカーの自動車の交換部品を買うことができます。それには基準があるから」と、Kephart氏は、プラグコンパチビリティの概念を説明しながら、語った。「機能的に等しい部品を世界の異なる部分で製造されるようにしたいと考えているというのが、ここの戦略です」

異なる供給元にILC参入の門戸を開放することは、企業のイノベーションもオープンでなければいけないということではない。企業のイノベーションは、企業に帰属するのだ。まだ、問題はある。GDEは企業の利益を保護する一方で、GDEの知的財産権を管理し、科学的な利益のために、他の企業がイノベーションに活用するように公開する予定だ。

新技術の激増とプロジェクトマネジメント両方において、加速器を設計する多角経営アプローチが素粒子物理学にイノベーションを持たらすというのが望みだ。

最近開かれたSRF2011会議のサテライト会議では、ILC研究にかかわる13社が参加した。プレゼンはこちら。

[英文記事]

■カレンダー

今後の会議、ミーティング、ワークショップ

■ニュース記事

  • from Taiwan Today
    9 August 2011
    8月8日、行政院国家科学委員会大臣、Lee Lou-chuang氏は、国際宇宙ステーションに置かれる装置である、アルファ磁気スペクトロメータの調査結果をモニターするセンターが、台湾に設置される、と語った。
  • from New Scientist
    4 August 2011
    反陽子は、惑星の磁力線によって制限される地球を周回するように見える。反物質は、理論的には、次世代の超効率的ロケットの燃料として使うことが可能だ。
  • from Iwate Nippo
    30 July 2011
    玄葉光一郎科学技術政策担当相は２９日の衆院内閣委員会で、本県が受け入れを目指す超大型加速器・国際リニアコライダー（ＩＬＣ）について「（政府の）総合科学技術会議でしっかり議論して、位置付けをしないといけない。大事な問題提起をいただいたと認識している」と述べ、政府として前向きに取り組む姿勢を示した。
  • from The Denki Shimbun
    27 July 2011
    東北経済連合会（会長＝高橋宏明・東北電力会長）などで組織する東北加速器基礎科学研究会は２６日、先端的研究分野に応用できる超大型加速器「国際リニアコライダー」を岩手県の北上高地に誘致するため、平野達男防災担当相に要望書を手渡した。
  • from Kahoku Shinpo
    26 July 2011
    国際プロジェクトで建設される超大型加速器「国際リニアコライダー（ＩＬＣ）」の東北誘致を目指す産学官組織「東北加速器基礎科学研究会」は２６日、国として誘致活動に乗りだすよう求める要望書を政府に提出する。
  • from The Nikkan Kogyo Shimbun
    25 July 2011
    素粒子物理学の研究に必要な次世代直線型加速器「国際リニアコライダー」の誘致をめぐる動きが激しさを増してきた。

■今週のイメージ

TULA tunnels through

画像: 欧州XFEL

欧州XFEL施設の入射器棟の壁の巨大な穴を押し分けて進むトンネル掘削機TULA（TUnnel for LAser）。穴は、TULAより40センチメートルほど広いだけで、困難だがやりがいがあるように、ぴったりとはまるようにつくられた。

Schenefeld（シュレスヴィヒホルシュタイン）で2010年7月7日に欧州XFEL建設地から始まった、TULAは二日前に、ハンブルグにあるDESYに到着した。13ヵ月かけ、全長2.1キロメートルの直線加速器トンネルを含むトンネルシステムの3084メートルの長延べの、トンネルを3本完成させた。


2つめのトンネル掘削機AMELIは、まだ、長さほぼ6キロメートルの欧州XFELトンネルシステムの（わずかにより細い）残りを掘っている途中だ。

TULAは、直径6.17メートル、長さ71メートル、重量550トン、製作費1800万ユーロである。

 

 

 

投稿情報: 2011/09/05 カテゴリー: ILC NewsLine |