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2011/10/24

ILC NewsLine 2011年10月6日号

ILC NewsLine 2011年10月6日号 [英文記事]

■ディレクターズ・コーナー

LHC-その性能と見込み

（The LHC performance and prospects）

Barry Barish | 6 October 2011

LHCのツインアパーチャ型主超伝導電磁石

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

 

2011年のデータ運転中に得られたATLAS測定器のピーク・ルミノシティ

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

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

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

■世界の各地より

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

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

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


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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[英文記事]

物質の核心にせまるスペイン旅行

（Spanish journey to the heart of matter）

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

Perrine Royole-Degieux | 6 October 2011

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

■アナウンス

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

■プレプリント

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

ILCスクワットチーム

（ILC squat team）

画像: Nicholas Walker氏


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

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

2011/10/11

ILC NewsLine 2011年9月29日号

 

ILC NewsLine 2011年9月29日号 [英文記事]

■スライドショー

グラナダの印象

（Impresiones from Granada）

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


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

[英文記事]

■世界の各地より

IPAC11開催　スペインで産業界と加速器研究者が集う

（Industry meets accelerator scientists in Spain for IPAC11）

Perrine Royole-Degieux | 29 September 2011

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

 

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

 

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

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

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

次回のIPAC会議は、2012年5月に米ニューオリンズで開催予定である。

■ディレクターズ・コーナー

GDEの任務遂行の最終部分

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

Kaoru Yokoya | 29 September 2011

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

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

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

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

 

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

 

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

■ニュース記事

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

■プレプリント

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

 

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

ILC NewsLine 2011年9月22日号

ILC NewsLine 2011年9月22日号　[英文記事]

■リサーチ・ディレクターズ・レポート

リニアコライダー物理・測定器国際研究組織の過去と未来

（Past and future of the World Wide Study）

Jim Brau | 22 September 2011

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

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

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

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

 

■世界の各地より

日本のILC測定器R&D

（ILC detector R&D in Japan stays strong）

Rika Takahashi | 22 September 2011

ILC測定器研究のキックオフ会議初日の参加者ら。画像：小林敦子

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

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

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

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

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

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

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

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

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

■ディレクターズ・コーナー

ILC技術設計報告書の費用を見積もる

（Costing the ILC Technical Design Report）

Barry Barish | 22 September 2011

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

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

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

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

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

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

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

■ニュース記事

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

■アナウンス

François Richard氏、グラナダ（スペイン）で、一般講演

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

訂正


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

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

仮想トンネル（Virtual tunnel）

画像: DESY

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

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

2011/10/10

ILC NewsLine 2011年9月15日号

ILC NewsLine 2011年9月15日号 [英文記事]

■特集記事

粒子フローに取り組む

（Going with the particle flow）

粒子フロー・アルゴリズムは、かつてないレベルの分解能でエネルギーを測定するために役立つもので、高性能なプログラミングと高解像度な次世代の粒子検出器をつなぐ役割を果たす。

Leah Hesla | 15 September 2011

a) PandoraPFAアルゴリズムを用いた100GeVジェットの粒子フローを再構成した例。b) 91.2GeVの重心系エネルギーで軽いクオーク（アップ、ダウン、ストレンジ）Zの崩壊で、再構成された総ジェット・エネルギーの分布。画像：Mark Thomson氏

粒子検出器から取得される「衝突イベント」の典型的な画像は、「美しい混乱」である。クモの巣のような繊細な線が、一つの点から現れて無秩序に螺旋を描く。そして、衝突後の飛跡を明らかにする。粒子を区別するうえでは不都合なことだが、飛跡はたいていの場合、複雑なエネルギーの塊のままで、科学者による解析が困難な「粒子が飛び散る跡」を残す。

測定器の中の粒子の飛跡。画像：John Marshall氏
測定器の中で、それぞれの飛跡と「粒子が飛び散った跡」と正しくマッチングさせるのが、粒子フロー・アルゴリズム（PFA）の狙いだ。PFAはリニアコライダー型の測定器向けに開発されたもの。研究者が測定器の空間分解能を向上させることで、衝突のエネルギーデポジットを解析し、粒子の飛跡をよりクリアなものにする。シミュレーションでは、この手法は、現行の手法よりも2～3倍高い分解能で粒子エネルギーを分解できることを示している。

PandoraPFA円錐ベース前置投影クラスタリング。画像：John Marshall氏

 

「すばらしい精度でイベントを測定することが可能であり、誰もが認める偉業です」と、米リニアコライダー物理・測定器シミュレーションワーキンググループのリーダーである、米SLAC国立加速器研究所（SLAC）のNorman Graf氏は語った。

研究者は、PFAを実行可能な精度を成し遂げるために、測定器のカロリメータの伝統的な機能限界を押し広げた。

近接ベースのPandoraPFAトポロジー再構成（左）と飛跡部分の方向(右)。画像：John Marshall氏

「粒子フローの考え方では、全く違うことをします」と、ケンブリッジ大学のMark Thomson氏（ILD測定器コンセプト分析ワーキンググループ）の世話人は語る。「カロリメータ内の出来る限り小さなエネルギーを測定し、飛跡検出チャンバーから、できる限り多く、そして非常に正確に測定を行うことです」。飛跡検出チャンバー（または、飛跡検出器）は、衝突後の粒子の最初の飛跡を示し、カロリメータは、エネルギーを測定する。
しかし、PFAパラダイムにおいて、カロリメータは、どれくらいの粒子エネルギーのデポジットがあったか、ではなく（これはカロリメータの典型的な働きであるが）、エネルギーがどこにデポジットされたのか、を正確な三次元画像として表すのだ。このためには、数百万ものセンチメートルスケールの読み出しパッドを使った、高い粒度のカロリメータの開発が必要となる。強化された空間分解能によって、研究者はカロリメータをあたかも地図のように使うことができ、エネルギー・スプラットの位置にズームインして、乱雑に重なり合ったエネルギーの塊（クラスター）を容易に分解することができるのである。

 

カロリメータのエネルギー測定は比較的粗い傾向にあるため、PFAパラダイムでは、電荷をもつハドロン・エネルギーの測定を、測定器の中心すなわち飛跡検出器で行う。飛跡検出器はカロリメータよりかなり良い分解能を持ち、そして、リニアコライダー・タイプは正確に粒子運動量を10,000と1の関係に調整する。運動量測定は、粒子のエネルギー計算に用いられる。

 

現在では、クラスターを分類するために必要な分解能を備えているため、研究者は測定器で実際の終着点まで微細なトラックの飛跡をたどることができる。そして、最初の衝突から最終的な終焉まで粒子の飛跡を再構成する。「完全に飛跡を残すことのできる粒子のエネルギーは解っています。そのため、私たちに残されたカロリメータで測定すべきものは、飛跡を残さない粒子だけです」と、Thomson氏。

 

スイスの欧州合同原子核研究機関（CERN）の大型ハドロンコライダー（LHC）、あるいは米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）のテバトロンにある測定器で、稀ではあるが、粒子の飛跡から特定のエネルギークラスターに正確にたどり着くことができたケースがあった。研究者は、カロリメータのあまり正確でないエネルギーデポジットの測定ではなく、高精度の飛跡の運動量測定を用いて測定を行う方が有利だろう。エネルギー・フローと呼ばれるプロトコルは、1980年代にCERNの大型電子陽電子コライダーのALEPH実験向けに、90年代にはCERNのATLASとCMS測定器用に開発が行われた。また、FermilabのテバトロンのCDFとD0測定器もまた、同じアプローチを使っていいる。

 

「私たちはPFAアプローチを採用し、カロリメータの設計の改良に現在取り組んでいるところです。時々成果が出せる、のではなく常に成果を出すことを目指しています」と、Graf氏は語った。

 

個々の粒子を再構成するためのPFAに関する研究も進められている。PandoraPFAの開発に携わるのは、ケンブリッジ大学のThomson氏とJohn Marshall氏。アイオワ州立大学のグループは、粒子飛跡を再構成するために、アイオワPFAの開発も行っている。
円錐コーンベースのPandoraPFAのトポロジー再構成(左)、後方散乱パターン（中央）輪になった飛跡(右)。画像：John Marshall氏

 

再構成は、決して単純なものではない。特殊なふるまいをするエネルギークラスターでさえ、どの飛跡とどのピクセルとが結びつくべきかについて、まだ主観的判断をしなければならない。PFAには、パターンを認識し、粒子飛跡のギャップやよじれ、中断、後方散乱、シャワーとループを理解するために10,000行以上のC++が含まれる。一連の技術を用いて、省略や過度のカウントをすることなく、クラスターのあらゆる部分を一意的に明らかにしようとする試みである。
PandoraPFAの30GeVの飛跡。画像：John Marshall氏。

 

それらの技術には、単一の衝突や一つの飛跡から生じている分裂したクラスターの端にあるエラーを取り除く、といったものが含まれる。飛跡とクラスターのぴったりな組み合わせになるまで、PFAは、いろいろな再構成を行う。

 

大規模なシミュレーションによって、PFAの効果が証明された。過去数年で、ILCのPFAの可能性は、PandoraPFAアプローチを用いて、決定的に実証された。
PandoraPFAのかけらの除去：近い層(左)、円錐でのエネルギーの歩留まり（右）。画像：John Marshall氏

 

「粒子からのシャワーをつかって、カロリメータの中のクラスターを明白に結びつけることができるのです」と、Graf氏。それだけでなく、すべての粒子ジェットとの関連を作ることもでき、粒子エネルギーの管理作業において100パーセントの効率で生み出すことができる。
ハードウェアでは、CALICE共同研究グループ（リニアコライダー実験のためのカロリメータ）が、粒子フロー・アルゴリズムを利用し、高精度のカロリメータ開発を行った。カロリメータをテストビームに曝露して、性能特性の評価を行い、そこから取得されたデータはシミュレーションで使われた。

PFAアプローチはILC測定器向けに展開されたものであるが、その応用はさらに広がっている。
「これは、どんなコライダー環境にでももちろん適用することができます」と、Graf氏。より高い衝突エネルギーであるCLIC向けのPFAの開発もまた行われている。

「当初は、PFAがCLICのエネルギーで機能することに自信はありませんでした。粒子密度があまりに高いようだったので。しかし、昨年ごろから、予想以上にうまくいくことが実証されています」と、Thomson氏。

「PFAを使った測定器設計の可能性はとても広いので、長い間興味を持って取り組んでいます」と、Graf氏は語った。「非常に精密な環境の元、可能な限りの物理学研究を推進できる、素晴らしい測定器を使わないなんて人がいるでしょうか？」

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[英文記事]

■世界の各地より

壁に光を通す ― テイク2―

（Light through the wall – take 2）

ALPS IIの準備たけなわ

Gerrit Hörentrup (DESY) | 15 September 2011


ALPS：まだ小さなバージョン。大型化するのはこれからだ。画像：ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）
HERA電磁石を「まっすぐに曲げる」という表現は奇妙に聞こえるかもしれないが、これはALPS IIにとって重要な必要条件である。昨年、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）の「壁を通って輝く光」の実験「ALPS」は、探し求めていた軽い粒子を見つけることはできなかったが、軽い粒子の隠れている領域をこれまでで最大のレベルで除外することができた。そこで、ALPS共同研究グループは、「ALPSは、より大きく、より正確にならなければならない」と考えているというわけだ。
ALPSは、「全ての軽い素粒子探索（any light particle search）」の頭文字から付けられた名前だ。2007年以降、例えばアクシオンのような非常に軽い粒子の探索を行ってきた。それらの軽粒子見つけるために、中心に壁を持つHERA二極磁石にレーザー光を通す。普通はこう思うだろう-「壁を通して輝く？そんなこと無理！」しかし、アクシオンが存在する所では、光は完全に異なるふるまいをする。レーザー光は磁場でアクシオンに姿を変え、壁を横断し、壁の後で再び光子に姿を変えることができるのだ。つまり、 壁を通って輝いているというわけだ。
「一連のアクシオンのような粒子は、ストリング理論から導き出されます」と、ALPSスポークスマンのAxel Lindner氏は説明する。これらの非常に軽い粒子（存在すると仮定して）は、いくつかの素粒子物理学の未解決の問題を解決できる可能性を持つ。とても軽い粒子はダークマターや、宇宙の95パーセントを占めるダークエネルギーを説明することが出来る。LHCのような高エネルギー実験が長く続けられても、そのような現象を説明するかもしれない粒子を検出しない、ということになれば、低エネルギー範囲の探索がますますより魅力的なものとなる。

 

ALPS IIの据え付け作業は、欧州XFEL完了後に計画されており、最終的にはHERAトンネルに設置されることになる。ALPSの大型バージョンでは、現在の実験の計測精度を高くする計画だ。基本構造は、正面に設置された12台の超伝導磁石と、壁の後ろに設置された12台の磁石だ。これはALPS共同研究グループとアルバート・アインシュタイン研究所ハノーファー、シュテルンヴァルテ・ベルゲドルフ天文台、ハンブルグ大学から参加した研究者にとって、容易なことではなかった。HERAの二極磁石のビームパイプは曲がっているからだ。全ての電磁石を通して光を送るために、そのいくつかは、まっすぐでならなければならない！電磁石に加え、ALPS IIには新しい超伝導測定器、より強いレーザー光、そして非常に複雑な光学構造などをもつ。この最終段階で、ALPSはこの分野における現在の天体物理学実験より多くの精度でアクシオンや他の超軽量粒子を探すことができるだろう。
その時までには、更なるステップが必要だ。まず、整列した電磁石がまがったものと同じように働くかどうか調べなければならない。これと平行して、レーザー光技術の試験も行われる。まずは、20メートルという小規模レベルでHERAホール西の新しいレーザー光研究所で、電磁石なしで試験を行う予定だ。しかし、これは、単なるテストランではない。この段階で、ALPSはいわゆる「隠れた光子」の探索も行うのだ。この粒子もまた、低エネルギー領域に存在する可能性のある粒子で、アクシオンのような粒子とは対照的に、磁場がなくても発見できるかもしれない。「小規模な実験で光学系がうまく行くことがわかったら、200メートル規模に拡大する予定です。 こちらも最初は電磁石なしで」と、Lindner氏は語る。
ALPSは、軽い粒子を探索する唯一の実験ではない。DESYは、シュテルンヴァルテ・ベルゲドルフ天文台でSolar Hidden Photon Search実験（SHIPS) でも共同研究を行っている。CERNの研究者との協力の可能性も検討中である。「アクシオンの研究分野は、ますます刺激的になります」と、Lindner氏。「DESYのずば抜けた基盤や技術は、この新たな素粒子物理学研究分野の最前線にい続ける機会を提供してくれています」
本記事は、DESY InFormの9月1日号に掲載されたものです。
■ディレクターズ・コーナー

素粒子物理学：次世代の機会 

（Particle physics: opportunities for the future）

Barry Barish | 15 September 2011

Jon Bagger氏と私が議長をつとめた、2000年にHEPAP素粒子物理学長期計画で定められた、素粒子物理学分野。

先週このコラムで、私は8月9-13日まで、ブラウン大学(米ロードアイランド州プロビデンス市)で開催された米国物理学会の素粒子物理学部門（DPF）の会議での、テバトロンの成果を讃える特別セッションについて述べた。今週は、私がこの会議の結辞として述べたことの一部を共有しようと思う。今年のDPF会議は盛況であり、素粒子物理学分野のトピックスが幅広くカバーされた。DPFは、今後隔年で会議を開催する予定だ。

現在、地下で、宇宙空間で、そして加速器を使って、ダークマターの探求が行われている。この宇宙物理学の中心的課題はLHCで発見された新粒子で解決されるかもしれない。
素粒子物理学とは何か？私は、この分野を定義することから講演を始めた。普遍的概念としての短い定義は存在しないが、私は根底にある科学目標のむしろ広いハイレベルな定義を好む。私たちが2000年に高エネルギー物理学審議会（HEPAP）のために素粒子物理学の長期計画を立案する際に使った定義は、物質、エネルギー、空間、時間の研究であった。これらの定義からは、多様な研究プログラムが生まれる。どのような定義を好もうとも、この分野は、加速器ベースの実験のみならず、地下での大規模実験や、南極、宇宙で行われる実験など地下実験など、その範囲を拡大して来た。
歴史的に、素粒子物理学は、より高いエネルギーの加速器の開発を通じて進歩して来た。高エネルギー電子-陽電子コライダーとハドロン-ハドロン・コライダーの開発がその典型例である。より強力な新しい望遠鏡（加速器）を開発して、多くの素晴らしい発見を見いだして来た事から考えると、ある意味では、素粒子物理分野の研究は天文学のように「観察科学」の性格を持つものにもなり得た。しかし、観察する科学から、多くの場合理論研究から導かれる「特定の科学的な問い」に答えるための専用の道具を作る科学へと進化を遂げて来た。それら「特定の問い」とは、ダークマターは何か？ニュートリノは、それ自身の反粒子か？自然界には、他にも対称性があるか？といったものだ。

ニュートリノを生じない二重β崩壊（右図）の観測は、ニュートリノがそれ自身の反粒子であることを証明するかもしれない。実験の見通しは、有望だ。

物理学者が関心を抱いている問題は難解で、解決するためには、新しいテクノロジーや莫大なコストを要する新たな装置を開発する必要がある場合が多い。そのため、この分野には多くの興味深い研究テーマがあるが、どの研究を優先するか選択する必要があるのだ。LHCは、素粒子物理分野の主要課題の多くを解決することができる。DPF会議では、LHCの優れた性能に関する発表があり、2012年末に予定されている加速器の運転停止の前に、大量のデータが収集されることが報告されている。運転停止期間中に、現在加速器の性能を制限している問題を解決する予定だ。

DPFでは、ヒッグス粒子に関する初期の結果が報告された。これらの報告は「かもしれない」という言葉で特徴づけられる。ヒッグスの証拠になる「かもしれない」（あるいはヒッグスが無いという証拠になる「かもしれない」）兆候があることや、たぶん年末まで（または運転停止前までには）問題が解決される「かもしれない」ということだ。新たな対称性や超対称性に関する探索については、これまでは全く成果がなく、これまで実験から、1テラ電子ボルトまで、特定の超対称性粒子の存在可能性が否定されつつある。

1メートルのプラズマ加速器を使ってSLACの直線加速器から出てきている電子のエネルギーを二倍にする。

 

新しい素粒子物理学を研究するための多くの魅力的な施設がある。たとえば、次世代の長基線ニュートリノ実験やニュートリノCP非保存の観察まで可能かもしれない地下研究所などがある。他の魅力的な実験領域には、ダークマター探索だ。加速器では超対称性に関する実験が行われ、宇宙、地下でも実験が行われる。

 

私が特に魅力的だと思うのは、ニュートリノのない二重β崩壊の実験である。この実験では、ニュートリノがそれ自身の反粒子（マヨナラ・ニュートリノ）であるかどうかを調べる事が出来る。大気ニュートリノ質量スケールや太陽ニュートリノ質量スケールにさえ達することが可能な、巨大な測定器を想像することができるだろう。

 

最後に、将来の私たちの主な実験ツール（高エネルギー粒子加速器）は何であるか知りたい人がいるかもしれな。LHC（あるいは、おそらく補完的なレプトン・コライダー）は、私たちの最後の重要な高エネルギー加速器なのか？私はそうは思わない！粒子加速器の発達を阻害する要因は、物質的要因だ。この物質的要因の排除が、次世代加速器への鍵である。発展途上のプラズマ航跡場加速器の最近の進歩は、特に有望である。

 

SLACの電子ビーム加速器は、40ギガ電子ボルト(GeV)に到達するのに2マイル（3.22キロメートル）を要するが、ビームベースのプラズマ航跡場加速器を用いた実験では、電子はわずか1メートルの加速でおよそ80GeVまで引き上げられた。レーザー光ベースのプラズマ航跡場加速器に関する他のR&Dで、ビームのエネルギー拡散と発散をコントロールするのに進歩があった。もちろん、私たちが新世代の加速器を予想する前に、長年にわたるR&Dが必要だが、次世代のR&Dプロジェクトは進行中である。

 

個人的な見解では、素粒子物理学はその性質を変え、そのツールを変えてきたかもしれないが、見通しは明るいままである。私たちには対処すべき多くの基本的な問題があり、それらに取り組むツールの開発を行っている。

■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
今後のスクール
■ニュース記事
  • from Physics World
    September 2011
    中国の高能物理研究所は、世界の主要な素粒子物理学研究所のうちの1つであり、南部にある大亜湾で主なニュートリノ施設の最初の部分を完成させた。[8ページ参照]
  • from Physics Today
    15 September 2011
    2005年まで、KamLAND共同研究グループによる地球ニュートリノの最初の検出は報告されなかった。現在、手元のデータ量は5倍になり、国際共同研究グループは、初の実質的な地球物理学成果についての報告を行った。
  • from physicsworld.com
    12 September 2011
    2つの活動の新たな共同研究グループで、素粒子物理学者、Brian Foster氏とバイオリン奏者、Jack Liebeck氏と協力し、国際的に有名な作曲家Edward Cowie氏と正面から取り組む。
  • from Science News
    9 September 2011
    加速器が運転停止した後でさえ、テバトロンのデータはもっと言わなければならないかもしれない。
■プレプリント
arxiv preprints
  • Frequency Scanned Interferometry for ILC Tracker Alignment
  • Imaging Pion Showers with the CALICE Analogue Hadron Calorimeter
■今週のビデオ

フムボルト教授、Brian Foster氏（Fumboldt Professor Brian Foster）

ビデオ: アレクサンダー・フォン・フンボルト財団

国際共同設計チーム・欧州地域ディレクター、Brian Foster氏は、アレクサンダー・フォン・フンボルト教授職の受け手として、DESYとハンブルグ大学での職を開始した。
7分間のビデオでILCのためのDESYと大学での彼の研究計画についてご覧ください。

 

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

2011/10/06

ILC NewsLine 2011年9月8日号

ILC NewsLine 2011年9月8日号　[英文記事]

■世界の各地より

電子ビームハローを理解する

（Understanding electron beam halos）

米ジェファーソン研究所（J-Lab）の物理学者は、電子リニアック用の大型ダイナミック・レンジ診断法の開発をめざしている。

Christine Herman (FNAL) | 8 September 2011

電子ビームを平行にする「コリメーション」は不可能だ、という物理学者がいる。そのうえ、コリメーションは「電子を怒らせるだけ」だとも。いったいどういう意味だろう？
コリメーションとは、強度の低い高振幅の粒子を、粒子ビームから取り除くことで、一般的に金属に吸収させることによって行う。これらの不要粒子はハロー（光の輪）を生成して、衝突データの高いバックグラウンドの原因となる。測定器の構成要素に問題を引き起こす可能性がある。

図1。J-Labの自由電子レーザー入射器で測定される下部のダイナミック・レンジ横のビームプロファイル。青いハロー輝度は、緑の炉心のおよそ300（任意の単位）未満である。画像：Pavel Evtushenko氏


Evtushenko氏は受賞をうけ、今後5年かけて、電子ビームのまわりでハローをつくる状況をより詳しく調べる実験の開発に携わる。

全ての粒子ビーム・ハローが、同じように作られるわけではない。テバトロンや大型ハドロンコライダー（LHC）のような、ガウス陽子ビームは、端の周辺にハローが生成されることが特徴で、一般的に、ビームの軌道にタングステン・ブロックを設置し、ハローの中の陽子を吸収させることで取り除かれる。

一方、電子ビームは、変化しやすいうえに、ハロー粒子がビーム全体に行き渡っているために特定しにくく、取り除くのが難しい。電子はコリメーターに吸収されるのではなく、衝突によって軌道が変化し、再度ビーム内へ散らばり、新たなハローを生成する。物理学者は、この現象を「怒れる電子」と表現することがある。

「もちろん冗談ですが、一理あります」と、Evtushenko氏。

Evtushenko氏の研究の3つの目標は、電子ビームのプロフィールを測定するための高ダイナミック・レンジ技術を開発すること、その技術を使ってビームダイナミクスと時間的・空間的な変化を研究し、ビーム操作、コントロール法を開発することだ。これには面倒なハローの除去も含まれている。

計測器が測定することができる最大値と最小値間の比率を、ダイナミック・レンジと呼ぶ。たとえば、デジタルカメラのダイナミック・レンジは、そのデジカメの捉えることのできる、最も明るい部分から最も暗い部分までの「映像素子が感応できる明暗差の幅」のことだ。高ダイナミック・レンジのカメラを使うと、1枚の写真の中で水面の明るい太陽と影を捕えた、日暮れの写真が撮影できる。

電子ビームプロファイルの測定は、ビーム断面積の写真を撮るようなものである。電子ビームプロファイルは山と谷がある。そして、それは、現行の手法では、ダイナミック・レンジ1,000の診断で測定できる。


図2。図1の数値シミュレーションからの時間と同じビームプロファイル。右上：横のビームプロファイル。左上、左下：ハローが非線形のビームダイナミクスによる、開発を実証する横位相空間分布。画像：Pavel Evtushenko氏
昨今コンピュータの進歩は目を見張るものがあるが、その能力を使って、ハローの要因となる粒子を含む何百万もの粒子の電子ビームのシミュレーションが行われている。これらのシミュレーションの安定性をテストし、Evtushenko氏は、ビーム診断装置の計算機のダイナミック・レンジともいえる性能－およそ1,000,000の範囲－を対応させたいと考えている。高ダイナミック・レンジ診断を使用した試験が高精度のシミュレーション結果を裏付けることができれば、コンピュータを使うことで、研究所で行っている時間のかかる測定作業をしないですむ。


Evtushenko氏の提案には、様々な技術を使ってダイナミック・レンジを向上させることが含まれている。ビームの縦方向の形状の画像取得を向上させるため、レーザー・ワイヤーを使うことことが、その一例だ。J-LabのCEBAF加速器と、自由電子レーザーを動かす加速器はともに、高繰り返し型の連続電子ビームを生成する。これは、バンチビームとは対照的な性質だ。このビームを使うと、超短レーザパルスまたはレーザー・ワイヤーを使い、電子ビームプロファイルを測定することができる。平均電流が高くなり、くり返し頻度も高くなると、ビームの縦の位相空間測定が容易になり、より高いダイナミック・レンジの測定が可能になる。

もう一つは、天文学で使われている手法と似ている結像法を使用した技術だ。個々の天体と光は異なる露光時間で撮影され、それらのパーツが合成されて明瞭な写真ができあがる。もちろん、勢い良く進む粒子ビームの場合には、時間的な自由度が低くなるため、それぞれの粒子に適した増幅率で粒子ビームの様々な部分の画像を取得することはとても難しい。そのため、高ダイナミック・レンジ・プロフィールをまとめるのに役立つアルゴリズムが使われている。

“怒り狂う”電子ビームの明瞭な画像を取得しようとすることは単純なことではない。「しかし、簡単であれば、すでに誰かやってしるでしょうから」と、Evtushenko氏。

よりきれいなビームを得るのは、価値あることだ。

「私たちが空洞の外でこれらのビームの小さな部分がなぜ発生するのかを予測し、そのレベルを制御すしたり減らすことができるようになれば、自滅することのないより強力なビームを作ることができます」と、Neil氏は語った。

Evtushenko氏は、自身が開発した、低エネルギー・ビームの画像を加速空洞に出た直後に捕える技術を使う予定だ。

DOEからの賞受賞について「この仕事について認めてもらったことは、非常に励みになります」としたうえで、Evtushenko氏は、次世代の光源をもたらすのを助ける仕事に関与でき光栄であると述べた。そして、彼は電子も幸せな状態にしておきたいと思っている。

■特集記事

偏極陽電子の追及

（The pursuit of polarised positrons）

北京のIHEPで開催された第6回POSIPOLワークショップ

Min Zhang | 8 September 2011

POSIPOL 2011ワークショップの参加者

8月28-30日、北京の中国高能物理研究所（IHEP）でPOSIPOL2011ワークショップが開催された。第6回POSIPOLワークショップシリーズには、ILCやコンパクトリニアコライダー（CLIC）研究のような次世代電子-陽電子コライダーの偏極陽電子源R&D活動と、より一般的な偏極陽電子研究者グループが集結した。

 

テレビ会議での参加を含む、アジア、欧州、米国からの30人以上の科学者がワークショップに出席した。「このワークショップの主な目的は、一般にILC、CLIC、SuperB[イタリアの次世代電子-陽電子コライダー]と逆コンプトン散乱ソースのために必要な偏極陽電子ビームを理解するステップの速度を上げることです」と、POSIPOL 2011、そして、アジアリニアコライダー運営委員会委員長であるJie Gao氏は語った。物理学、コライダー、ガンマ線生成、標的、従来の陽電子源、偏極計、捕獲部、スピン飛跡検出、コンプトン散乱X線についての話など、全体で25の講演が行われた。

ワークショップでサマリートークをする、Jie Gao氏。
報告によれば、日本の高エネルギー加速器研究機構（KEK）で開かれた前回の会議から、多くの進歩があったという。ILCに関しては、先端加速器試験装置（ATF）で行う、アンデュレーターベースの陽電子源、標的、ガンマ線生成のためのコリメータ研究に関すて徹底的な議論が行われた。CLICでは、非偏極陽電子源のハイブリット標的研究、捕獲部研究、そして、偏極陽電子コンプトン・リング（超伝導スタッキング-リングベース）に関する提案について議論された。
ワークショップディナーは、北京798アート・ゾーンにある洋風レストランで開かれた。
この先、行われるべき研究がまだたくさんある。米ローレンス・リバモア国立研究所のグループは、ILC用フラックス・コンセントレータのプロトタイプに取り組み、コリメータの設計も始めている。陽電子標的のユニット材料実験は、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）で行われる。ATFでは、4枚鏡・光蓄積鏡空洞を使ったガンマ線実験が続けられている。標的ストレスの更なる評価と捕獲仕様パラメータの最適化が必要だし、遠隔操作の研究も始まる。CLICの非偏極陽電子源のために「試験施設での実験が重要です。SuperB実験が現在存在している唯一の施設です。これは陽電子源研究の推進にとって重要なステップです」と、サマリートークでGao氏は述べた。
参加者は中国の国立美術館を訪問し、北京798アート・ゾーンでディナーを楽しんだ。「古典的なものと現代のものとの組合せは、たいへん私に感銘を与えました」と、横谷馨氏（国際共同設計チーム・アジア地域ディレクター）は語った。

POSIPOL2012は、ドイツのツォイテンにあるDESYで開催予定である。
■ディレクターズ・コーナー
テバトロンを祝う
（Celebrating the Tevatron）

Barry Barish | 8 September 2011


Fermilabのテバトロン複合施設の鳥かん図。画像：Fermilab

8月9-13日までロードアイランド州プロヴィデンスのブラウン大学で、米国物理学協会の素粒子物理学部門（DPF）の重要な会議が開かれた。今月後半に延期されることを見越し、会議の目玉となったのは、今月末に運転が停止されるテバトロンの祝賀会であった。欧州合同原子核研究機関（CERN）のLHCは、高エネルギー・ハドロン衝突を研究する主要な設備として、テバトロンにとって代わっている。DPFで、ストーニーブルック大学のPaul Grannisにより、テバトロンの物理学成果は検討、称賛され、そして、FermilabのSteve Holmes氏が、テバトロン・コライダー複合施設の歴史や印象的な進化について述べた。


1960年代に、世界で最も野心的な加速器、400GeV陽子シンクロトロンを格納する新しい研究所として、「国家加速器研究施設」が検討され、米国政府により予算を拠出された。Robert Wilson氏の指導の下建設された、固定標的を使う加速器は、瞬く間に、高エネルギー物理学実験の幅広い範囲を研究する主要研究所となって行った。私は個人的に、ニュートリノビームの開発、高エネルギー・ニュートリノ衝突の研究に参加した。

テバトロンの超伝導磁石。画像：Fermilab

最初の加速器は成功をおさめ、重要な物理学結果を出したが、より高いエネルギー加速器の実現が困難な状況であることに代わりはなかった。Fermilabでは、超伝導加速器にすることで加速器のエネルギーを二倍にすることに取りかかった。超伝導加速器の実現にむけた努力は、強力な電磁石開発へとつながった。しかし、エネルギーを二倍にしても必要とされるエネルギー・スケールには到達できなかったため、実験プログラムは陽子-反陽子コライダーの実現へと方向転換した。陽子と反陽子のビームを衝突させることで、質量中心システムのかなり高いエネルギーは、成し遂げられることができる。


Fermilabは、陽子を反陽子と衝突させるアプローチを採用したが、これには、多数の反陽子を作り、貯蔵することなどの多くの新しい概念と技術を必要とした。テバトロン・コライダー稼働中に、革新的な開発を通し、性能は最初のコライダー性能と比較して400倍に増強された。

トップクォーク質量の測定

テバトロンから得られた物理学は、2つの巨大衝突ビーム検出器により達成された。そしてそれらの測定器はLHCで使われている現代の衝突ビーム測定器の先駆けとなるものだった。FermilabのCDFとD0測定器は、全く異なる視点から始められたが、物理研究が深まるにつれ測定器の必要条件の方向性が同じようになってきた。Paul Grannis氏により検討された物理研究は、(1)量子クロモ力学（QCD）;（2）重いフレーバー; (3)標準理論を越えた探索;（4）電弱の物理学; (5)トップクォーク;そして、(6)ヒッグス探索という、6つの領域をカバーした。

トップクォークの発見は、テバトロンで行われた実験で、キーとなるものだ。この1995年の発見は、CDFとD0測定器が同時に達成したもので、新発見を宣言する分析を行うのに十分なレベルの積分ルミノシティが記録されるまで数年の加速器運転を経て成し遂げられたものだ。これは非常に素晴らしい業績であり、この発見の後で、多種多様な測定（生産横断面、質量、崩壊様式とその他の性能など）が行われ、現在はLHCが引き継いでいる。

テバトロンとCDFとD0測定器は数十年間にわたり私たちの分野の中心的存在であったが、現在は新しいLHC加速器とATLAS、CMS、LHCb測定器をその役割を担っている。Fermilabは新たな高輝度低エネルギー加速器を開発することによって今後数年にわたって素粒子物理学の最前線にとどまろうとしている。私はテバトロンのお祝いに加わり、Fermilabの成功を祈念している。
■カレンダー
今後の会議、ミーティング、ワークショップ
今後のスクール
■ニュース記事
  • from New Scientist
    7 September 2011
    新しい結果は、イタリアのグラン・サッソ山の地下でダークマター探索のために、数ダースの超冷却タングステン酸カルシウムの結晶を使う、CRESST IIと呼ばれる実験からもたらされる
  • from BBC News
    7 September 2011
    イタリアのCresst実験の研究者は、Wimpsと呼ばれる、ダークマター粒子に起因するかもしれない測定器で67のイベントを見つけたと言う。
  • from NPR
    6 September 2011
    テバトロンは、四半世紀の間、Fermilabの誇りだった。しかし、今月末に、テバトロンはシャットダウンする。
  • from New Scientist
    6 September 2011

    反物質狂は、この結果を喜ぶだろう。しかし、ダークマター・ハンターはそうでもないかもしれない。米国航空宇宙局のFERMI衛星は、先般の宇宙から思ったより多くの反物質が飛来している予兆を観測した結果を確認した。悪い知らせは、この結果からは、ダークマターがその源である可能性をほぼ確実に除外されるということだ。
  • from Reuters
    5 September 2011
    月曜、米国の物理学者は、宇宙の存在を可能にしていると考えられている捉えどころのない粒子「ヒッグス」が、これまでに予測されて来た形で存在するかどうか立証するため十分な量のデータが収集できることを望んでいると語った。
  • from SLAC
    31 August 2011

    1966年に建設された時には「一時的なもの」と呼ばれ、過去35年間に何度も解体の危機を経て来た多くの移動可能な教室ビルとオフィス・トレーラーは「PEPシティ」として親しまれて来たが、今週とうとう取り壊しが行われた。
  • from msnbc.com
    31 August 2011
    LHCから得られた最新の結果によって「急進的な科学的発見は目と鼻の先にある」という予想の真偽の確認を行うことが出来る。
  • from National Geographic
    31 August 2011
    新たな研究によると、不可解な物質「ダークマター」は幻想で、実は、物質と反物質の短命な粒子の間で重力の相互作用によって引き起こされる現象だとしている。

■今週のイメージ

対称的に立つ、スーパー科学者

（Super scientists stand symmetrically）

画像: Reidar Hahn氏

8月28日-9月3日まで、Fermilabで開かれたSUSY 2011会議に集まった参加者

投稿情報: 2011/10/06 カテゴリー: ILC NewsLine |

2011/10/05

ILC NewsLine 2011年9月1日号

ILC NewsLine 2011年9月1日号　[英文記事]

■世界の各地より

表面の下をみる

（Seeing beneath the surface）

加速空洞の表面下を見るＸ線断層撮影法

Leah Hesla | 1 September 2011

3.9GHzの高次モード・カップラーの3Dイメージング。ビデオは、空洞セルに向けて、構造内の外側からみる。ビデオ：North Star Imaging

コンピュータ断層撮影（CAT）では、X線を使って、腫瘍や骨折発見することができる。この医学の進歩によって、診断を行うために身体を切開する必要がなくなった。粒子加速器研究が進歩するに伴い、Ｘ線の科学的利用も進歩している。

米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）では、加速空洞と関連する構造体の欠陥の検査に、X線コンピュータ断層撮影（CT）を利用している。X線を使わなければ察知することが不可能な、性能を制限する亀裂や穴などの存在を明らかにするのだ。

 

「これまでのところ、素晴らしい道具として役立っています」と、FermilabのElvin Harms氏。Ｘ線断層撮影法は、医学分野で最も応用が進んでいるが、空洞の内部を見るためには使われて来なかった。空洞を撮影しても、空の空間が移るだけだからだ。しかし、空洞の欠陥や不具合は、内壁や空洞のエンドグループなど、空洞を分解しないと調べることができないような場所に潜んでいる可能性もある。

 

Ｘ線による空洞診断法は、CATスキャナで患者を診断するのと基本的に同じだ。まず、X線チューブとデジタル測定器の間に、放射線防護をしたＸ線キャビネットを設置し、対象となる構造物を配する。材料の厚さや密度の違いによって、Ｘ線の減衰が異なる。この減衰の差を検出・記録し、そのパターンから二次元画像を生成する。

 

その後、対象物を0.5度ずつ回転して、一周させて全体の二次元画像を取得し、そこから三次元画像がつくられる。

 

Fermilabの研究者と、North Star Imaging社（米ミネアポリス郊外）は共同で、超伝導高周波（SRF）ニオブ空洞の高解像度の画像の作成に取り組んだ。X線撮像とCTシステム、イメージング・サービスを提供することに加え、同社は三次元再構成画像を作成するソフトウェアの開発にも携わった。ソフトウェアは、ユーザーが全体像、ズーム、映像コントラストとイメージされた物の価値スペクトルをコントロールすることができる。

 

「このソフトウェアは非常に高性能で、画像を撮影し、回転・透過できるモデルを作成し、必要に応じてノイズを除去することが可能です。そのため、実際に空洞の欠陥を探し出すことができるのです」と、Harms氏は語る。

 

ある事例では、高次モードのカップラー・アンテナが、空洞性能を制限するマルチパクティングを引き起こす要因であることが疑われた。様々な角度から問題にあたったが、はっきりとした原因を確認することはできなかった。

 

「何かが異常であることは、確かなことでした」と、Harms氏。「しかし、何の欠陥も見つけられませんでした。それに、空洞に光学カメラを挿入することもできなかったのです」。この空洞は、問題が起こるまでは素晴らしい性能を出していたので、研究チームは、調査のために空洞を解体したくはなかった。「そんなことをする必要はなかったのです」。

 

Ｘ線断層撮影法によって、アンテナ後脚部のマイクロメートルレベルの微小な亀裂が発見された。この亀裂は、非常にアクセスしにくい場所にあったが、もしアクセスすることができたとしても、目には見えない。

この空洞の画像化を難しくしている原因の一部として、キャビティの素材が高密度ニオブであることが挙げられる。空洞の型とその内壁に隠れている欠陥の鮮明な画像を得るためには、適切なX線エネルギーと適当な濾過技術を使用することが必要だ。

 

「プラチナ、モリブデン、ニオブといった、非常に高密度な材料を画像化するのは、非常に困難なことです」と、North Star's社のWes Wren氏は語った。「コンピュータ断層撮影をする場合には、対象物それぞれに最適な画像を得るために、微妙に異なる技術を必要とします」。

しかし、必要とされる技術は、必ずしも明確ではない。

 

「弊社の検査サービス研究所長は、この道20年以上のキャリアを有しており、アプリケーションマネージャは、約30年間X線の分野で活躍しています」と、Wren氏。「彼らは、これまでの常識に反するような記述の使い方をしたのです」。他の科学技術と同様に、X線CTイメージングの手法も実験によって向上していく。

 

それら向上した手法のひとつが、空洞の内面のイメージングの改良だ。空洞の形が独特であり、また、空洞内面でX線が反射してしまうことから、内壁の画像は、外面のものほど鮮明に撮影できなかった。これに対応するため、空洞内部にＸ線銃を設置し、内側からの画像を生成してみることにした。

 

カメラと異なり、X線は、空洞壁の内部にある欠陥を捕えることもできる。

 

「もし、必要であれば、この技術を使えば、表面の下を見ることもできます。」と、Harms氏。

 

ニオブ空洞の専門家のほとんどは、空洞の表面下の状態の重要性は明確ではないと考えている。超伝導空洞の内壁の表面から50ナノメートル程度は、粒子ビームを加速する電場に影響する。そのナノメートル領域の内側は、重要かもしれないし、どうでもよいことかもしれない。それでも、空洞の表面下が機械的完全性を持つ構造であることは、少なくとも、会社の空洞製造能力の指標としては重要なことだ。

 

「本当にしたいのは、加工技術学に熟達したことを証明することです」と、Harms氏。「これは、SRF開発に参戦するための新たな役立つツールになるかもしれません」
 

 

溶接継目に欠陥のある単セル空洞の三次元画像。ビデオ：North Star Imaging

[英文記事]

■特集記事

ILC陽電子共同研究グループ会議、北京で開催

（ILC positron collaboration meeting held in Beijing）

Min Zhang | 1 September 2011

ILC陽電子共同研究グループ会議の出席者ら。 画像: Min Zhang氏

北京で開催された「POSIPOL 2011ワークショップ（ILCとCLICのための偏極陽電子源R&Dについての年次ワークショップ）」の前日、8月27日に、中国科学院高能物理学研究所(IHEP)にILC偏極陽電子源の専門家が集まって「ILC陽電子共同研究グループ会議」が開催され、進行中の陽電子関連のR&D、加速器設計と統合研究についての現状の議論を行った。

テレビ会議での参加を含め、欧州、アジア、米国から約20名の研究者が参加した。「この会議は、ILC技術設計報告書（TDR）の文書化と、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）で10月下旬に開催される、ILC陽電子技術ベースライン・レビューの準備をすることが目的です」と、国際共同設計チーム（GDE）陽電子技術領域グループ・リーダーであり、本会議の主催者である、Wei Gai氏が開会挨拶で述べた。

これらのシミュレーションは、ILC陽電子源の要素における熱負荷や負荷応力についての大きなシミュレーション作業の一部である。これらの図は、チタン合金陽電子生成標的を突き抜けるILC光子ビームの、ANSYSソフトウェアツールを使って行った時間依存シミュレーションの進化を示している。サブマイクロ秒範囲で起こるエネルギー伝達により、最大の変形は、およそ5マイクロメートルの0.4X0の厚さの標的の裏側で起こる。変形の直径はおよそ2ミリメートルの入射光子ビームの直径に等しく、60パーセントの最終陽電子偏極度につながる。画像：Andriy Ushakov氏（DESY）

プロジェクトマネージャおよび研究者による12の講演が行われた。テーマは、技術設計段階状況、アンデュレーター研究、陽電子目標、磁場をかけて陽電子の向きを揃えるためのOMDと呼ばれる磁石、捕獲光学系、規準、ソース・モデリング、遠隔操作、偏極などであった。一年前の前回会議以降、特にコリメータ設計とシミュレーションに関する大きな進歩があったことが報告された。また、OMDの設計が完了し、間もなくプロトタイプの制作が始められる予定だ。また、代替技術のR&Dの可能性を評価し、技術設計フェーズの後に行うべきアップグレードを検討した。後者は、最近議論されている1TeVアップグレードとコスト抑制と整合性が取れるものだ。

さらに、研究グループは今後の12ヵ月の予定を作成し、技術設計報告書の執筆と編集のスケジュールを立案した。これには、重要な補足資料の収集の時間も含まれている。「私たちは、陽電子システムの全ての主要部分のあらゆる仕様パラメータ修正や、将来のILCの陽電子源の実現に足る信頼性の確保に奔走することになるでしょう」と、Gai氏は語った。

POSIPOL2011ワークショップについては、今後のILC NewsLineをご覧下さい。

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■ディレクターズ･コーナー

技術ベースラインレビュー：ダンピングリング

（Technical baseline reviews: damping rings）

Barry Barish | 1 September 2011

フラスカーティ・ダンピング・リング・レビュー会議で報告された3.242キロメートルのダンピング・リングラティス機能

過去2年にわたって、GDEはリスク低減に向けた重要なR&Dを進め、その性能実証のための活動に集中してきた。並行して、私たちは整合性のとれた、費用効果の高い新ベースラインを確立した。このベースラインは、次フェーズの技術設計の開発に使われるもので、2012年末に完了予定であるTDRへと取り入れられる。技術設計を進め、関連するR&Dを実行するプロセスの一部として、GDEプロジェクトマネージャは、主要なサブシステムに関する一連の技術ベースライン・レビューを開始した。このレビューの第一回目が、イタリアのフラスカーティ研究所で7月7-8日に開催された。これは、ダンピング・リングに集中したレビューである。

ILCダンピング・リング・グループのリーダーであり、イタリアフラスカーティ研究所で開催された技術ベースライン・レビューのホストをつとめた、Susanna Guiducci氏。

    提案・承認されたダンピング・リング設計変更は以下の通り：

    1. パルス毎のバンチ数（nb）を2625から1312へと、1/2に縮小。
    2. ダンピング・リングの周長を6476mから3238m（50%）へ縮小するのに伴い、DRの電流をおおよそ一定に保つ。これは、DR RF電力のおよそ50%（主要なコスト低減）の低減を含む。
    3. 必要に応じて、後に3本めのダンピング・リング（2つめの陽電子ダンピング・リング）を設置することができるよう、DRトンネルの直径を大きくする。（リスク軽減）

    3.2キロメートル（km）周長のダンピング・リングへの変更は、より費用効果が高いILC設計を作るうえでの明確なステップである。しかし、この変更は、ダンピング・リングの性能と、施設設計の両面で新たな課題を提示する。設計開発の際に大きな進捗があった。たとえば、6月には、ダンピング・リングの重大な必要条件を満たす新ベースラインラティスが採用された。このラティスが、現在、TDRのためにより詳細な設計を完成させる際に使われる。

    電子雲分布に対する10バンチトレインの加速後の位置。フラスカーティ会議で、ILC陽電子リング性能を理解するために非常に重要な電子雲シミュレーションに関する進歩について、Gerry Dugan氏により報告があった。

    3.2kmのダンピング・リングは、5ヘルツと10ヘルツ、1300と2600のバンチの異なるパラメータセットで運転するように設計されており、これは、かなりの数のバンチが3.1ナノ秒のバンチ間隔を保っていることを意味する。この構成を採用するときの課題は、電子雲効果が十分に軽減できるかどうかだ。そのリスクをカバーするために、トンネル内に二つ目の陽電子リングを設置するよう準備されている。両陽電子リングは、同じベースライン仕様パラメータを持つ。バンチ間隔は、2リング間を交互に行き来することにより拡大される。

    この技術ベースライン・レビューは、TDR作成の準備に役立った。現状についてレビューが行われ、今後の作業項目が確認された。コーネル大学のCesrTAで行われている電子雲の研究の進捗は、ダンピング・リングの全体設計や陽電子ビームが電子雲の影響を受けないよう維持するために非常に重要なものである。新しいラティス向けに、システム設計の他に、移送ライン、修正用磁石、真空装置、その他の最終的な仕様を含む、ビーム力と共働効果などの多くの仕事が残っている。ダンピング・リングが明確に定義されると、TDRのダンピング・リングのコスト予測を終えることができる。

    TDRダンピング・リング設計とコスト算出を完了するには、まだかなりたくさんの仕事があるが、基本概念は現在はっきりしており、技術ベースラインのレビューは残っている仕事を定めるうえで非常に役立った。

    ■カレンダー
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    View complete calendar

    ■ニュース記事
    • from Wired
      30 August 2011
      超対称性粒子の可能性を排除しなければならないことになれば、物理学研究者は一から考え直す必要が生じる。これまでのところ、CMSとATLASからの結果は見込みのあるものでなかったし、LHCbのデータも同様だ。
    • from The Hindu
      27 August 2011
      Rolf Heuer氏（CERN所長）は、大型ハドロンコライダー（LHC）の後にも、粒子コライダーが必要であるとの考えを示し、LHCを超えるエネルギーの最先端のコライダーで刺激的な物理学が期待できる、と語った。
    • from Hindustan Times
      26 August 2011
      タミル・ナドにあるBodhi West Hills Reserved Forestのインドに拠点を置くニュートリノ観測所（INO）の研究は、12月には始まる予定だ。
    • from Deutschlandradio
      26 July 2011
      Das CERN arbeitet an einem neuartigen Teilchenbeschleuniger
    ■今週のイメージ

    古代の書

    （Ancient calligraphy）

    画像: Min Zhang氏

    POSIPOL 2011ワークショップの社交イベント中に、中国の国立美術館で、Zhuanti書道（中国の古代のフォントのうちの1つ）に見入る、横谷馨氏。

    投稿情報: 2011/10/05 カテゴリー: ILC NewsLine |