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
    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

    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 |

    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 |

    2011/08/31

    ILC NewsLine 2011年8月4日号

    ILC NewsLine 2011年8月4日号　[英文記事]

    ■世界の各地より

    欧州、素粒子物理学戦略の最新情報を発表

    （Europe launches update of strategy for particle physics）

    Perrine Royole-Degieux | 4 August 2011

    欧州合同原子核研究機関（CERN）のSteinar Stapnes氏は、7月23日に仏・グルノーブルで開催された将来加速器欧州委員会（ECFA）-欧州物理学会（EPS）特別会議で、欧州の素粒子物理学戦略のアップデートについて発表した。
    画像：LPSC/Tomas Jezo

    スイスでは、CERNの大型ハドロンコライダー（LHC）が最初の物理の結果を出しつつあり、世界中の実験施設でニュートリノ粒子の特性が次々と明らかにされている今、素粒子物理学者は自分たちの研究分野の将来について議論を行っている。7月23日のEPS-HEP2011会議のECFAの特別会議で、素粒子物理学研究者グループは、欧州の素粒子物理学戦略の一部として、ロードマップの最新版を発表した。前バージョンは、2006年にリスボンで発表され、2012年秋には、ベルギーのブリュッセルで改訂版が発表される予定だ。

     

    欧州の今後20年にわたる素粒子物理学ロードマップの策定に取り組む機関は、CERN理事会だ。　20の加盟国の代表が科学プログラムと財源を決定するCERNの運営組織である。2006年7月に発表された、欧州の戦略には、新たな加速器と測定器技術に向け、加速器ベースと非加速器ベースの素粒子物理学が共同でR&Dを行う、と記載されている。当時、研究者グループは、2010年内に最新情報が得られると期待していた。LHCからヒッグス粒子に関する結果が得られ、標準理論を越えた物理学が明らかにされると信じていたのだ。「私たちは計画を若干変更し、2012年には、ヒッグス粒子が存在するかどうかが判明し、その時までに、宇宙粒子実験から、たとえば、ダークマターやニュートリノといったものについてより深い理解が得られると考えています」と、Michel Spiro氏（CERN理事会理事長）は語った。「最新版の発行は2年遅れとなってしまいましたが、私たちは2006年の戦略文書に盛り込まれた勧告の多くに従ってきました」。

     

    素粒子物理学プロジェクトは、現在、真に国際的な活動である。そのため、CERNの欧州戦略グループは、素粒子物理学の欧州戦略が他の領域の展望とつながりを持つべきとの考えだ。「私たちの決定はCERNのプロジェクトによる影響を強く受けますが、欧州、そして国際的なレベルをはるかに超えたところにあるのです」と、Spiro氏。「私たちは、戦略策定にアジアやアメリカからの積極的な参加を希望しています。そのため、これらの領域の代表に予備作業に参加してもらいました。また、欧州戦略グループの会議には、欧州外の多くの国からオブザーバーが参加しています」。

    2011年7月25日、EPS-HEP2011記者会見中に、欧州の素粒子物理学戦略を述べる、Michel Spiro氏(右)（CERN理事会理事長）。この写真には、Rolf Heuer氏（CERN所長）とStavros Katsanevas氏（フランス国立科学研究センター/IN2P3）（中央）もいる。画像：LPSC/Tomas Jezo

     

    国際リニアコライダー（ILC）に関しては、2012年内の決定につながるような、ヒッグスや新しい物理の結果をLHCが出すことができるかどうかを判断することは、現在Michel Spiro氏にできることではない。「いずれにせよ、私は2012年以降も国際的な活動を継続することが必要であり、個人的に、ILCとCLIC（コンパクトリニアコライダー研究）プロジェクトが、技術的なR&Dプロジェクト・マネジメントや科学研究に関してより密接に協力することを期待しています」と、Michel Spiro氏。

     

    欧州戦略は、欧州の研究者の欧州の素粒子物理学プロジェクトへの参加はもちろん、欧州を超えたロジェクト参加についても記載している。また、ダークマター、ニュートリノ、宇宙論など、素粒子物理学プロジェクトと共通部分がある、宇宙粒子や原子核物理学の全ての特殊分野もカバーしている。

     

    EPS-HEP2011会議で始まる欧州戦略を更新するプロセスは、欧州戦略セッションの科学秘書であり、CERNのリニアコライダー研究のリーダーをつとめる、Steinar Stapnes氏のオープニング講演（スライドとビデオ参照）から開始されたことになる。予備作業グループのメンバーも出揃い、様々な提案中のプロジェクトからの情報収集を行っている。10月にCERNで行われる会議では、アジアとアメリカの次世代の素粒子物理学の展望が提示される予定だ。高エネルギー物理学の冬の会議開催後の2012年4月頃には、戦略文書の初版向けに2006年に仏オルセーで行われたのと同様に、物理研究者グループによる議論が求められるだろう。そして、2012年夏の会議の後、CERN理事会の代表は、１週間かけて手続きの分析を行うのだ。「今後5年間の中心的な優先事項について、合意に達しようとしています」と、Spiro氏。

     

    2012年末、CERN理事会は最終的に、新しい欧州素粒子物理学戦略をキックオフする特別な会議をブリュッセルで（おそらく、省レベルでの）開催する予定だ。この会議では、次世代の素粒子物理学の新しいビジョンへの承認が中心となる。

     

    2012年は、次世代の素粒子物理学の多くの側面において、重要な年である。同時に、重要な高エネルギー実験から生まれた意義深い成果が発表されることだろう。それは、経済協力開発機構（OECD）による、CERNの活動の社会的、経済的影響についての研究結果である。欧州戦略の発表は、素粒子物理学における欧州の国家間のそして国際的な共同研がいかに広範囲に及ぶものか提示する理想的な機会でもある。そのために、CERN加盟国は、様々な広報イベントや教育イベントを企画している。
    ■特集記事

    わずか数秒で高勾配に

    （Good gradients in seconds flat）

    米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）の科学者は、ビーム安定性を改善するために、個々の空洞に着目している。

    Leah Hesla | 4 August 2011

    何万もの粒子バンチが均一な加速勾配を保てば、粒子ビームは確実に高いエネルギーに到達することができる。しかし、一定の加速勾配を保つのは容易なことではない。
    Fermilabの科学者は、空洞の加速勾配を一定に保つ方法を開発した。昨2月、ドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）のFLASH施設で、ILCの大電流ビーム実験の一部として、研究チームは数台の空洞を改造し、5ミリアンペア（ｍA）までのビーム電流における、一定の加速勾配を保持することに成功した。
     
    個々の空洞が持つ特性と、入力電力、粒子ビームをマッチングさせることで、いわゆる、「均一な加速勾配」が達成された。

    左のように、加速勾配曲線はそのピークで均一になるのが理想的だ。これは空洞にビームが投入されていないときの加速勾配である。ビームが空洞に投入されると、右図のような傾きが現れる。今回の実験では、最高5mAのビームを使った空洞の中での均一な加速勾配が達成できた。画像：Julien Branlard氏

     

    「かなりスムーズに行きました」と、Julien Branlard氏は語った。Branlard氏は超伝導空洞の低レベル高周波技術に取り組む研究者だ。今回のテストでは、一つの電源から一連の空洞に電力を送り、個々の空洞の加速勾配をコントロールすることに重点的に取り組んだ。

     

    大部分の超伝導直線加速器は、各空洞に別々の高周波電力源を持つ。FermilabのGustavo Cancelo氏によれば、何十年もの間、各空洞の加速勾配の制御を容易にすべく、直接電源を制御してきた。新しく、高い加速勾配をもつ超伝導直線加速器のためには、一つの電源から複数の空洞に電力を供給するのが、より費用効果が高くなる。したがって、研究者は一連の空洞の全体的な加速勾配を制御することに重点を置くようになった。

     

    2010年に久保浄氏が発表した論文によって、研究者は、個々の空洞の加速勾配を均一にすることの重要性を再認識した。

     

    加速勾配の値が一定の時間、例えば1ミリ秒以上、1メートルにつき20メガボルト（MV/m）の値を持続すると「均一」となり、グラフには水平なラインとして表される。もし、1ミリ秒の間に20MV/mから17MV/mに加速勾配が落ちれば、グラフは傾く。理想的な空洞は、粒子ビームが通過しているときに、均一な加速勾配を維持する。

     

    加速空洞の傾きは、空洞ミスアラインメントとともに、加速されたときに粒子ビームが横にけられる原因になる。（特に、電子-陽電子コライダーにとって、1パーセントの加速勾配の傾きは、直線加速器の最下流での粒子の軌道に重大な変化をもたらす）

     

    「どの空洞も同じ加速勾配を持っていれば、この問題について心配する必要はなくなります」と、Cancelo氏。しかし、すべての空洞が異なる加速勾配を持っているのは事実だ。「問題は、個々の空洞が傾いているということです」

     

    「負荷時のQ値（QL）」は、これらの障害を空洞から取り除くうえで鍵となるもののうちのひとつで、空洞の加速勾配を決めるものだ。電力が電源から空洞まで分配される方法を制御することにより、QLを制御し、傾く傾向になる空洞特定に対処する。この傾きの原因の一部として、どれくらいのビーム電流が空洞を通過するか、ということがある。

    正確に正しいQLを予測することで、研究チームは一定の加速勾配値の0.5%以内で傾きを均一にすることができた。これは、0～5mAの間のどんなビーム電流にもあてはまった。

     

    研究チームはまた、均一な加速勾配設定から電流を上げたり、下げたりし、傾きの程度が、電流の変化により、線形で増加していることを実証した。
    各曲線は、空洞ビーム電流の機能として、特定の空洞のために加速勾配の変化を示す。画像は、DESY-FLASHのログブックより。

     

    これは役に立つ発見である。また、今後の更なる研究で解決すべき、実際的な問題を提示するものでもある。その問題とは、傾きのないQLは、ある特定の電流に独特のものだ。「加速器に電源を入れるのは、電気のスイッチを入れるようなものではありません」と、Cancelo氏。

     

    望む電流を得るまでの間、加速勾配を持ちこたえる必要がある。おそらく、ある空洞にとってはあまりに高い電流のため、クエンチを引き起こしてしまうこともあるだろう。研究チームは、この問題への対処法を考え出した。これはFLASHやFermilabのNML施設でまもなくテストされる予定だ。この問題に対処するために、電流の上昇と期待される電流からのどんな予想外の離脱を考慮する、QL調整を自動化することが重要である。言うまでもないが、手動でするにはあまりにも遅いのだ。

    「自動化プロセスを考え出す必要があります」と、Cancelo氏。

    「私たちが信用できるとわかると、FLASHの専門家は、加速器を自由に使わせてくれまた」と、Branlard氏は語った。「私たちはラッキーだったのかもしれないし、十分に準備をすすめていたから、あるいは、その両方かもしれません。いずれにせよ、本当にうまくいきました」。

    ■ディレクターズ･コーナー

    ありがとう、Peter! 

    （Thanks, Peter!）

    Barry Barish | 4 August 2011

    Peter Garbincius氏

     

    2005年、ILCの基準設計の国際的なバリューコスト予測の方法論の開発、実行にむけ、私は、Wilhelm Bialowons氏（DESY）、設楽哲夫氏（KEK）、Peter Garbincius氏（Fermilab）3人のコストエンジニアを任命した。ILCはグローバルプロジェクトであり、そのコストは国際的に理解されうるものでなければならない。Garbincius氏とチームメンバーは、ILCのコスト評価に関して素晴らしい仕事をしてくれた。そのうえ、Garbincius氏はGDEの役員会のメンバーをつとめ、様々な活動に活発に参加した。Garbincius氏は最近Fermilabの中で人事異動があり、この異動はGDEにとって大きな損失となった。しかし、非常に幸運なことに、コーネル大学のGerry Dugan氏がGarbincius氏の任務を引き継いでくれることに同意し、技術設計報告書（TDR）でのコスト算出を担当することになった。

     

    GDEコストエンジニアが取り組んでいる仕事は、非常に挑戦的なものだ。リニアコライダーは新種の加速器であり、多くの新たな機能や課題があり、なによりILCは国際プロジェクトであるからだ。例えば、重要なテクノロジーは、複数年のR&Dプログラムを通して開発中であるし、TDRに向け、加速器設計は新ベースラインをもとに進められている。建設地が決まっていないため、実際の建設の世界的なモデルを明確にすることは困難だ。課題は山積している。

     

    しかし、プロジェクトには巨額なコストを要するため、信頼できるコスト試算をつくらなければならない。それに成功するためには、コストエンジニアはコスト試算が信頼しうるもので、世界のどの国でも適用できることを確認するために、また、特別なコスト算出ツールを開発するために、設計者と継続的に連絡を取りつつ、非常に密接に協力する必要があった。Peter Garbincius氏は、素晴らしい能力でこの難しい仕事をやりくりしてくれた。基準設計報告書（RDR）の見積書が国際的委員会によって非常に高く評価されたことが、それを証明している。

     

    Garbincius氏は、2009年にGDE役員会のメンバーに任命されて以来、GDEの活動に欠かせない存在になった。GDE役員会は、機能的にGDE活動を導くグループであり、方針を決定し、ハイレベル決定をする場だ。予想通りに、次世代活動の戦略を練る世界的なR&D努力を監督することから、Garbincius氏は委員会の重要なメンバーになり、活発に全てのその様々な活動に参加してくれた。Garbincius氏の活発な関与や私たちのベースラインを特にコスト影響にタイムリーな情報を提供する、技術的設計への変更を決めるうえでの役割は、特に注目に値するものだった。

    SLACで開催されたベースライン・アセスメント・ワークショップ中にGerry Dugan氏と議論するPeter Garbincius氏

     

    Peter氏は、先月カリフォルニア工科大で開かれた、Garbincius氏にとっては最後となる、GDEの会議に出席した。そこで、コスト算出の任務を正式にGerry Dugan氏に引き継いだ。Garbincius氏は、これまでと同様、計画と、RDR以来初めてとなるコスト試算に関するデリケートな問題に関する多くの議論に精力的に参加した。2007年のRDRコスト試算からは、インフレ−ション、為替相場、設計への修正、建設の異なるモデルなど、多くの状況が変わった。Peter氏は、この新たなコスト試算を始めるのをサポートするために、膨大な知識と高い見識を寄与してくれた。

    Gerry Dugan氏が、米州のTDRコスト算出責任者の後任を引き受けてくれたことは、幸運である。Dugan氏は、ILC、そして、コスト試算における経験が豊富で、この仕事に非常にふさわしい人物だ。それでも、私たちは膨大な知識と歴史を持ち、そしてコスト制御を維持する重要性を良く理解しているGarbincius氏を失うことは非常に残念だ。Garbincius氏のやり方は独特だ。彼は、大きなエネルギー、献身、激務を通して模範を示して指導するのだ。Garbincius氏は誰にでも質問するし、常に『ありのままに言う』ので、彼との交流は、いつも面白いものであった。GDEにGarbincius氏がいなくなって寂しいが、彼の幸せを祈っている。私は、プログラム・プロジェクト支援部長としての彼の新しい任務が、Fermilabにとっての大切な財産となると確信している。

    Peter氏の幸運をお祈りします！

    ■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 The New York Times
      1 August 2011

    • 最近、物理学者はすごい勢いで、トランプをひっくり返していた。最もそれが顕著だったのは、フランス、グルノーブルでの会議中だ。これまでのところ、エースはいまだ行方不明である。そして、見される可能性のあるカードの何枚かには、エースが隠されていないことが明らかになった。しかし、現在、ヒッグスがどのカードの下に隠れているか、見当がついていると考える物理学者もいる。いつ発見されるかについては、合意されてはいないが。
    • from Physics Today
      August 2011
      私たちの基礎粒子の理解は、はじめて原子核を発見した100年前には想像も及ばなかった方法で発達した。
    • from Physics Today
      29 July 2011
      下院は2012年の、DOE予算の60億ドルの削減を承認したが、上院はその多くを復活させるかもしれない。
    • from Reuters
      27 July 2011

    • Fermlab Todayは、グルノーブルで行われている会議からの報告として、LHCのライバル加速器「テバトロン」の研究者が、ヒッグス捜索実験にさらに力を入れると語った、と伝えた。
    • from physicsworld.com
      27 July 2011
      本日Nature誌で発表された、最新情報は反陽子ヘリウムに関するものだ。ヘリウム原子の中の1つの電子が反陽子と入れ替えられるとき、負の電荷を持つこの風変わりな「原子」がつくられる。
    • from Discover
      27 July 2011
    • 大量の実験結果が、仏グルノーブルで開催された、高エネルギー物理学欧州物理学会年次会議と、米マサチューセッツ州ケンブリッジにあるMITで開かれた素粒子と核の国際会議（PANIC11）2つの巨大国際会議で提示された。
    ■今週のイメージ

    超伝導の科学者たち（Superconductor scientists）

    画像: George Joch氏

    先週、シカゴで開催されたSRF2011会議には、ほぼ400名の研究者が集まった。

     

    投稿情報: 2011/08/31 カテゴリー: ILC NewsLine |

    2011/08/10

    ILC NewsLine 2011年7月28日号

    ILC NewsLine 2011年7月28日号　[英文記事]

    ■ディレクターズ･コーナー

    超伝導RF加速空洞の大量生産

    （The mass production of SRF linac cavities）

    今週のディレクターズ・コーナーは、国際共同設計チーム（GDE)プロジェクト・マネージャー、Marc Ross氏の執筆である。

    Marc Ross | 28 July 2011

    不純物を含むニオブ原料は、大電力電子ビームにより溶かされる。融解したニオブは、るつぼに放り込まれる。これは、金属の不純物除去に必要な多くのステップのうちのひとつ。画像：Waldemar Singer氏

    国際リニアコライダー(ILC)の R&Dのかなりの割合は加速空洞の生産に関する取組みに割当てられている。そのためには、ILCの空洞の材料候補であるニオブのふるまいと特性について完全に理解することが必要だ。

    2007年に発表されたILC基準設計報告書では、建設プロジェクトの大部分を占めるのは、比較的ローテクの標準的な加速器要素と土木建設となっている。活動のおよそ40パーセントは、先端技術を要する直線加速器部品、特に極低温の直線加速器とその中心要素となる純ニオブ製空洞に充てられる。次に発行されるGDEの技術設計報告書は、プロジェクトの立ち上げや建設方法について、数パターンのモデルが盛り込まれるだろう。

    ILC研究者と産業界の双方が、採掘から、加速空洞への成形、空洞の縦測定試験にいたるまで、ニオブの理解に、莫大な時間とエネルギーを費やしてきた。ニオブの処理は多くのステップを要する。抽出・精製され、圧延され、形成されてから、溶接・化学研磨される。これらのステップの大部分は、産業界の共同研究者によって行われる。産業界は、専門の設備／装置を持っており、 現在進行中の技術設計フェーズ（TDP）期間における活動で、その専門性が証明されている。空洞の性能試験実施と認証、といった最終的なステップは、研究所側で行われるのが望ましいだろう。ニオブは、自然界では鉱石中に含まれる五酸化ニオブとして採掘される。5つの耐火性金属元素のうちのひとつで、その名は、耐摩耗性と非常に高い融点に由来している。超伝導加速空洞を作るためには、非常に高純度のニオブが必要であり、超高温での抽出と精製プロセスを要する。

    ニオブは耐化学性が非常に高いため、銅やアルミニウムといった一般の金属と層にしたり、結合させたりするのが困難である（過去に、欧州合同原子核研究機関（CERN）の大型電子・陽電子加速器で行われたが）。とはいうものの、1メートルにつき35メガボルトの優れた空洞性能を実現している。一般的には、強酸がそれらに触れないようにするのは現実性がないことであるため、銅やアルミはILC空洞の材料には、まったく使われていない。

    ガスと軽元素の不純物を除去した後に、鋳造されたニオブ・バーはシートへと圧延され、防食処理を行い、研磨されて「半製品」が出来上がる。

    残留抵抗比（RRR）が高いと、ニオブの超伝導特性が向上する。 ILCプロトタイプ空洞の典型的なRRRは、およそ300。しかし、高RRR材料は非常に純度が高いため、不純物と合金をつくる金属に典型的な強度や細かい結晶構造を持たない。そのため、超高純度のニオブは非常に高い延性を持ち、シートを薄く圧延して茶椀型の半セルに成形する深絞りプロセスの間に、変形し過ぎて冷間圧接を起こしたり、ニオブ同士が接合したりしてしまう。ここ20年にわたる研究で、これらの問題は克服されてきており、最善の注意を払うことで、汚染物質がこの段階で取り入れられないようにすることができるようになっている。この半製品段階の原料の品質を維持するために、供給原料のかなりの部分（時には50パーセント近く）が廃棄される。

    空洞製作の最終ステップは、電子ビーム溶接（EBW）を使って機械加工された部品をユニットへと組立てる。もっと単純な溶着技術の試験も行ったが、効果がないことがわかった。特に空洞の9つのセル溶接する赤道部分は非常に要求が高く、効果が認められなかったのだ。EBWは、高真空中で行われる、自動化された、バッチプロセスだ。高真空は、ニオブへの不純物の混入を防ぐことができる。

    技術設計フェーズの初期に、経験豊かなドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）のTESLAチームは空洞製作のコスト計算書を示し、EBWがコスト推進要因（スライド17参照）であると明示した。

    研究チームは、大幅なコスト削減を目指して、EBWマシンと関連工具を最適化した計画を立案した。この最適化を証明し、EBWプロセスの理解を深めるべく、高エネルギー加速器研究機構（KEK）は、『パイロットプラント』空洞製作設備を建設し、現在、試運転を行っている。この施設には、クリーンルーム環境の中で、成形、トリミング、溶接前エッチング、溶接の各プロセスを行う機械が設置されている。東日本大震災によってEBWマシンの配送は遅れたが、TDPの間に、予備段階の結果が期待できるだろう。

    TDRに向けた大量生産モデルの構築は、第2回ILCのためのSCRF空洞技術と工業化ワークショップでの中心課題であった。上記の、技術的課題と、工程そのもの、要素インタフェースの定義、ベンダー・モデル（これは既存の企業をベースに考える）、ILCプロジェクト・メンバーの現物貢献モデルなどのバランスを取らなければならない。TDPに向け、ニオブ空洞性能を理解し、技術的な進歩を成し遂げ、そして、ILCを建設するために国際的な産業チームをまとめあげるという実際的な進捗を遂げたことに満足して良いだろう。

    ■特集記事
    symmetry breakingより：夏の物理学会議でヒッグス探索の話題
    （From symmetry breaking: Higgs buzz at summer physics conference）

    もしヒッグス粒子が存在するならば、来年までにヒッグス粒子が発見されるかもしれない。本日午後、大型ハドロンコライダー（LHC）の2つの実験グループは、両実験の結果が、同じエネルギー領域において、ヒッグス粒子である可能性を示す兆候が見られたことを発表し、欧州物理学会の出席者を喜びで驚かせた。

    「この兆候は、私たちがヒッグス発見の途上で発見すると考えているものです」と、Gigi Rolandi（CMS実験の物理コーディネータ）は語った。

    両実験は、130-150GeV質量領域で「エクセス（ヒッグスが無いと仮定した時のシミュレーション値よりも実験の測定値が多い事象）」を発見した。しかし、このエクセスはヒッグスの証拠とするには統計的に不十分であった。

     ヒッグスが本当にこの領域に潜んでいるならば、米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）のテバトロン加速器での実験範囲内にある。テバトロン加速器は9月末に運転を停止する予定だが、FermilabのCDFとDZero実験はそれまでにデータを集め、その分析精度を上げて行く。

    「114-180の質量範囲について、新たなコメントすることには慎重になる必要が生じました」と、Rob Roser氏（CDF共同スポークスマン）は語った。テバトロンとLHCでのヒッグス検索の違いについてはこちら。

    今朝、CDFとDZero実験は、低質量ヒッグスの特性探索において、除外領域が拡張されことを報告し、水曜には、2つの実験を解析したヒッグス探索の結果を報告した。

    科学者が統計的な有意性を測定する時に使う単位が、ギリシャ文字σ（シグマ）である。高エネルギー実験は通常、何らかの証拠がわかったと主張するのに3σの信頼度—約99.7パーセントの確実性—が要求される。「新しい発見」を主張するには、5σの信頼水準が必要だ。ATLAS実験は2～2.8σの信頼水準でエクセスを報告し、CMS実験は、3σに近いエクセスを発見した。

    2つの実験がその結果を統合した結果（単純に足し合わせるだけではなく、複雑な計算が必要である）、次のステップに進むことが出来る。研究チームは今後数か月の間に2つの実験結果を統合し、遅くとも冬の会議までには完了させたいと、ATLAS共同研究グループの結果報告を行ったニューヨーク大学の助教、Kyle Cranmer氏は語った。

    「異なる課題を扱い、異なるアプローチを行い、そして異なるモデリングを採用している2つの実験が、類似した結果を見つけたという事実は、これが単なる「まぐれ」ではないと考える根拠となります」と、Cranmer氏。「これは、本当であるなら見える形でしょう」

    加速器と測定器がこれまでと同じくらい目覚ましい成果を挙げ続ければ、ATLASとCMSは年末までに少なくともデータを二倍にし、ヒッグスの探索をより深めるだろう。もしもこの結果が単なる統計変動であると判明すれば、エクセスは無くなる。これまでの実験でも同様な結果であったが、両実験ともに、データを調べるに伴い、数値の上下が観測されるのだ。

    「DZero実験では、同じようなエクセスの兆候が見えなくなる、という経験をしています」と、ストラスブールにある、Institut Pluridisciplinaire Hubert CurienのSebastien Greder氏は語った。Greder氏は、DZeroのヒッグスの結果について提示した研究者だ。

    エクセスは、ヒッグス以外の新しい物理学の兆候を示している可能性もある。いずれにせよ、ヒッグスが隠れている領域を除外するための大きな進歩を遂げて来た。

    ATLAS共同研究グループは、95パーセントの信頼度で、155-190GeVと295-450GeVの2つの領域を除外した。同様に、CMS共同研究グループは、95パーセントの信頼度で、149-206GeVと300-440GeVの領域に、中間の3つの短い部分をプラスして、範囲を除外した。

    「テバトロンにより探索されない質量領域を除外しました」と、Fabiola Gianotti氏（ATLAS実験スポークスマン）は語った。「ヒッグスが存在する可能性のある領域は、ますます狭くなったのです」

    ヒッグス粒子の探索は続く。

    [英文記事]

    ■世界の各地より

    クライオモジュールへの電源供給

    （Power to the cryomodule）

    Leah Hesla | 28 July 2011

    テストの準備ができている最近設置されたRF分配システムをもつCM1。画像：Jerry Leibfritz氏

    今月はじめ、ILC型加速空洞と超伝導高周波（SRF）技術試験を行うFermilabのテスト・クライオモジュールである、「クライオモジュール1」は、完全な、マルチ空洞装置として運転を開始した。これまで、研究者は、内部の空洞のみに電源を送った。

    「これまでにも超伝導空洞を運転してきましたが、これは次のステップになります」と、Fermilabの加速器部門のSergei Nagaitsev氏は語った。「の完全なクライオモジュールの運転は、クライオスタット１台で１台の空洞を運転するのに比べて、複雑さで1桁違って来ます」

    昨11月のCM1の冷却以来、導波管（配電のための配管）の設置や、大電力RF装置の冷却を行う水滑材の改良、各空洞の加速勾配とQ値のデータを取得するのに、研究者とエンジニアは大忙しだった。 空洞テストは６月に完了した。

    「これらの空洞がDESYにあった時と比較して、このモジュールがどのように動くかということが大きな問題です」と、FermilabのElvin Harms氏は語った。DESYは、全8台のCM1空洞を提供した。これは、大西洋を越える前に試験が行われている。今後数週にわたり、空洞がどのように一つのユニットとして動くかについて、データを収集するため、クライオモジュールに電力を送り続ける。Fermilabで測定した加速勾配とQ値が、DESYで測定した数とだいたい一致して欲しい。

    届いたデータが信頼できるものであることを確認するために、CM1チームは較正に取り組み、RF電力運転をテストし、システムの欠陥をみつける。それから、研究者がビームなしで行うテストなど、ILCビーム電流プログラムの安定性試験とビーム研究を行う、数週のプログラムになる。研究者は、Fermilabで提案中の陽子加速器プログラム、プロジェクトXの試験にも、CM1を使う。

    １１月の冷却からすべてが順風満帆というわけではない。何台かの空洞は、まだ、解決すべき欠陥がある。

    「それでも、単一システムへの統合がうまくいったという事実は、加速器部門、技術部門と私たちの協力者にとって、非常に励みになりました」と、Nagaitsev氏。

    CM1には、DESY、イタリア国立核物理研究所（INFN）、KEKからの共同研究者がいる。

    「CM1にはたくさんの人たちが多くの時間をかけてきました」と、Harms氏。「今日までこれを手に入れようと熱心に待っていました」

    ■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 Der Spiegel
      27 July
      Denn gleich zwei Experimente der Physiker liefern Hinweise auf die Existenz des Higgs Bosons: Die LHC-Detektoren “Atlas” und “CMS” registrierten eine ungewöhnliche Häufigkeit von leichteren Teilen im Massebereich von 130 bis 145 Giga-Elektronenvolt (GeV).
    • from Fermilab Today
      27 July 2011
      FermilabのCDFとDZero共同研究グループの科学者は、テバトロン実験の感度を増やし、ヒッグス粒子が隠れている可能性のある範囲を狭め続ける。
    • from Le Figaro
      26 July 2011
      «Je sais que c’est difficile, mais il faut être patient», assure Rolf Heuer, le directeur général du Cern. Il refuse, comme ses collègues, de sauter le pas et de confirmer la découverte du boson de Higgs, mais son petit sourire en coin trahit tout de même son excitation.
    • from Deutschlandradio
      26 July 2011
      Der Nachfolger des 27 Kilometer großen Beschleunigerrings könnte den Namen “CLIC” tragen. Das Konzept dazu wurde auf der Europäischen Teilchenphysik-Konferenz in Grenoble vorgestellt.
    • from Fermilab Today
      25 July 2011
    • 土曜日、フランス、グルノーブルで開催されたヨーロッパ物理学会会議で、FermilabのDZero実験の陽子-反陽子衝突でトップクォークとその反物質に対応する物（反トップクォーク）の生成研究について、新しい結果が発表された。
    • from Nature News
      25 July 2011
      今年始め、その実験が本格的に始まったとき、多くの科学者は、世界で最も強力なコライダーは、新しい粒子、余剰次元、そして、いくつかの小さなブラックホールを発見することを望んでいた。しかし、ほんの少しの風変わりなイベント以外に、LHCから得られた最新データは、期待はずれなほど普通であった。
    • from New Scientist
      25 July 2011
      ヒッグス粒子はまだ行方不明である－しかし、おそらく、私たちはLHCがまだ他に何も見つけていないことの方をもっと心配しなければならないのだ。
    • from Nature News
      23 July 2011
      トップクォーク ― 全ての既知の基礎粒子で最も重いもの ― の新たに発表された観測は、素粒子物理学の標準模型を倒す可能性がある。イリノイ州、バタヴィアにあるFermilabのテバトロン粒子加速器の衝突のデータは、トップクォークのインタラクションのいくつかが未知の力によって支配されると示唆する。そして、その力は、トップ・グルーオンと呼ばれる仮定粒子によって伝えられている。
    • from symmetry breaking
      22 July 2011
      …他の全ての粒子サインの間でヒッグス粒子のまぎれもない徴候を見つけるのは、海で1滴のインクを探すようなものである。加速器がより多くの衝突を発生する場合にのみ、科学者は、ヒッグス粒子の十分な証拠を見つける見込みがある。
    • from Nature News
      22 July 2011
      今のところ、物理学者はそれらを『エクセス・イベント』と呼ぶのに前向きなだけだが、LHCの2つの実験からの新しいデータは変わった何かの兆候であり－そして、それは物理学の全てで最も求められている粒子の可能性がある。
    • from Science Now
      22 July 2011
      世界最大の加速器で働いている物理学者は、待望のヒッグス粒子の証拠を見つけたかもしれない。少なくとも、高エネルギー物理学でがやがやする、年２回開かれる欧州物理学会議に集まった800人の物理学者にとって、非公式の結果である。
    • from The Guardian
      22 July 2011
      .科学者は捉えどころのないヒッグス粒子を最初にちらりと見たかもしれない。そして、それは自然の基本的なものに質量を与えると考えられる粒子だ。
    • from physicsworld.com
      22 July 2011
      LHC実験から得られた最新のデータによると、ヒッグス粒子が隠れている領域が少なくなった－それはフランス、グルノーブルで開催された高エネルギー物理学の欧州物理学会の会議から持ち帰ったメッセージである。
    • from Fermilab
      20 July 2011
      米エネルギー省DermilabのCDF共同研究グループの科学者は、新しい粒子（中性のXi-sub-b）の観測を発表した。

    ■今週のイメージ

    素粒子物理学に関する欧州物理学国際会議（International Europhysics Conference on High-Energy Physics）

    画像: LPSC/Tomas Jezo

    2011高エネルギー物理学欧州会議（HEP 2011）の記者会見で、CERN所長、Rolf Heuer氏は、ジャーナリスト向けに、素粒子の標準模型で、ヒッグス粒子の役割の説明でアドリブを入れた。「私たちは、ヒッグス粒子が存在するかどうか以外は、すべてを知っています」と、彼は結論した。

    写真はこちら

    会議のビデオ はこちら

     

     

    投稿情報: 2011/08/10 カテゴリー: ILC NewsLine |

    2011/08/09

    ILC NewsLine 2011年7月21日号

    ILC NewsLine 2011年7月21日号　[英文記事]

    ■リサーチ・ディレクター・レポート

    重要な会議での重要な議論 

    （Important meetings to come, important discussions to happen）

    Sakue Yamada | 21 July 2011

    夏は、高エネルギー素粒子物理学にとって重要な国際会議の季節だ。今日のコミュニケーション・ツールは高度に発達し、どんなニュースでも数分以内に世界中に広がる。それでも夏の会議は特別なのだ。各実験グループは夏に開かれる会議に向け、最新で、最もホットな成果の準備に膨大な努力を集中し、関連研究者の方も、新たな発表を心待ちにしている。今年、世界はスイスにある、欧州合同原子核研究機関（CERN）で行われている大型ハドロンコライダー（LHC）実験のニュースを待っている。LHCは、7テラ電子ボルト（TeV）において超高速でデータ収集を行い、これまでで最も高い衝突エネルギーを作りだした。また、テバトロン実験でも累積データを分析し直している。

    研究者は、スペインのグラナダで開催される、2011次世代リニアコライダーに関する国際ワークショップに集まり、国際リニアコライダー・プロジェクトとコンパクトリニアコライダー研究のために可能性のある運営について議論を行う。

     

    国際リニアコライダー研究者グループは、これらの実験がILCのための次の活動計画に明白な指針を提供する可能性があるため、実験結果を高い関心をもって見守っている。次世代レプトン・コライダーのエネルギー領域は、LHCの結果をみて決定されるとも言われている。米国のテバトロン加速器から驚くような結果が報告される可能性もある。詳細ベースライン設計（DBD）の完成後の測定器研究も、これらの実験の結果に左右されるだろう。たとえば、これまでの多くのデータの総合的な解析から予測されているように、ヒッグス粒子と思われる兆候が低い質量の領域で発見されれば、ILC建設の機運が高まることになろう。そうなれば、ILCの測定器研究グループは、早急に各構成要素の測定器R&Dを完了し、さらに、エンジニアリング研究へと進まなければならない。2012年までには本当にそうなのかどうか判明するだろうと期待されている。もし、予想が外れるようなことがあれば、真剣に次にどんな方向に進むべきか検討する必要が生じる。いくつかの可能性があり、重要な物理学につながるのはどれか、正しい予見を行うため、詳細な研究が必要となる。理論家との協力は、そのような調査にとって非常に重要である。新設された作業グループで、多くの可能性について詳細に検討する予定となっている。このグループは、DBDのILCの物理学可能性に関する章を執筆するので、夏の会議で提示される成果を慎重に見守るとともに、スペインのグラナダで行われる次回会合で、初の議論を行うことになっている。
    ILC運営委員会は、インドのムンバイで開催される、2011年のレプトン・フォトン会議で会合を行う。ここで、ILCプロジェクトを推進する2012年以降の体制について、さらなる検討を行う。
    8月にインドのムンバイで開催されるレプトン・フォトン・シンポジウムの会期中に、ILC運営委員会（ILCSC）の会議も開催される。この会議で、ILCプロジェクトを推進する2012年以降の計画についての更なる議論が行われるものと期待している。昨秋、研究者グループに対して、ILCSCのまとめた「包括的プロジェクト計画ガイダンスに関する白書(CPDG)」に対してコメントの要請があった。その際、研究者グループは、様々なチャネルを通して対応した。2月に開催された前回のILCSC会議での議論に引続き、今回の会議で更に計画が詰められることだろう。測定器の研究コミュニティは、新しい計画が現実的で効果的なものとなるよう、ちょうど昨秋CPDGに対するコメントを送ったように、議論に参加し続ける必要が有る。私たちは、プロジェクトの実現を期待し、残りのR&Dと物理研究を続けることを願っている。これらの活動にとって、新たな計画は、極めて重要だ。測定器グループと理論家らは、DBDの作成に莫大な労力をつぎ込んでいる。新しい計画が、研究者グループが類似した努力を継続し、プロジェクトの実現のために努力するのを奨励するのに役立って欲しいと思う。このためにも、私たちは計画立案においても活発に貢献しなければならない。

    ■世界の各地より

    高圧電子銃の限界を押し上げる 

    （Pushing the limits with high-voltage electron guns）

    Christine Herman (FNAL) | 21 July 2011

    ILC型プロトタイプ・スピン偏極電子フォト銃の組立て中の様子。カソード電極をセラミック絶縁体でつるして、高圧チャンバーの中に入れようとしている。Phil Adderley氏（左）とJim Clark氏（右）。この光子銃は後に米J-Labの連続電子線加速器施設に設置され、運転に成功した。画像：J-Lab

    反対の電荷どうしは引き寄せあい、同じ電荷は反発する。この単純な現象が、電子ビームが広がる原因だ。衝突型加速器の実験には、絞り込まれた粒子ビームが必要であり、電子のひろがりは厄介な問題だ。

    この好ましくない現象は「エミッタンス増大」と呼ばれている。これに対処するために、ジェファーソンJ-Labの電子銃グループは、高圧電子銃の設計を改良した。

    この研究は、国際リニアコライダーR&Dプログラムによるもの。スピン偏極電子ビームの生成のために140キロボルト（KV）の電子銃を開発することが目標である。

    「電子ビームに最初からエネルギーをたくさん与えるほど、ビームはより強固なものとなります」と、J-Labの電子銃グループのリーダー、Matt Poelker氏は語った。「悩みの種である『空間電荷力』が小さくなると、ビームはさらに扱いやすくなります」

    電子銃は、電子ビームを生成する電気部品。テレビから電子顕微鏡や粒子加速器にいたる様々な装置に使われている。

    電子の「スピン」は、量子力学的な性質で、固有の角運動量のことだ。スピン偏極電子ビームは、一様にそろった回転をする電子からつくるビームで、原子核の中の調査に役立つ、とPoelker氏は語る。

    偏極電子源の構成要素は、ガリウム砒素光電陰極、高電圧、レーザー、銃掃除機アセンブリの4つだ。

    フォトカソードとは、光を金属や半導体に当て電子を真空中に取り出す装置。スピン偏極電子は、フォトカソードに適当な波長の光を当てて、レーザー励起することにより生成される。フォトカソードから放出されたスピン偏極電子は、高い電圧をかけられ、高いエネルギーに加速される。偏極していることによって電子はコンパクトにまとまって加速される。しかし、この利点には代償もある。電界放出だ。これは、フォトカソード付近の金属表面からコントロールの効かない電子の放出が起きてしまうのだ。

    「進んで欲しい方向に電子が進まないのです」と、Poelker氏。「電界放出は、電子銃の真空チャンバー内の真空度を低下させてしまいます。最悪の場合は、真空チャンバーに穴をあけてしまうかもしれないのです」

    電界放出の原因は、カソード電極（銃の中で光電陰極を収め、ビームの電界集束を提供する金属構造）である。「研究チームは、高圧チャンバーまで届くセラミック絶縁体を使用することで、電界放出の原因と思われる金属の量を減らしました」と、J-Labの電子銃グループの副部長である ― Joseph Grames氏は語った。

    これまでの設計でも、ゆうに最高100kVを超える電圧で電子銃を運転することが可能だが、2つの新設計はさらに限界を押し上げている。現在、J-LabのCEBAF加速器は、130kVで電子銃を運転している。また、J-Labの試験施設は、電界放出を起こさずに、225kVで他の銃の運転を行っている。

    現在の目標は、さらに設計を最適化し、最高350kVのより高い電圧での試験を行うことだ。

    「技術設計報告書(TDR)の発行に伴いILC R&Dプログラムは終了されるので、TDRに盛り込むことができるように、比較的早い段階で、目標としている350kVのバイアス電圧を達成したいと考えています。」と、Poelker氏は語った。

    ILCでは、スピン偏極陽電子ビームと、スピン偏極電子ビームを衝突させる。初期のJ-Labの活動では、高圧電子ビームの開発に集中していたが、最近の活動では偏極陽電子の生成へとシフトしている。

    従来型の陽電子生成の方法は、超高エネルギー電子ビームをタングステン標的にあてるというものである。結果として生じた光子が、電子-陽電子対に変わる。この技術は、巨大な加速器を必要とすることと、生成される電子が無偏極であることから限界がある。そこで、ILC研究においては、例えばヘリカル・アンジュレーターとコンプトン後方散乱といった代替アプローチについての検討を行っている。これらの方法は、やはり高エネルギー加速器を必要とするが、偏極陽電子を生成することが可能だ。

    Grames氏によれば、J-Labグループは、代替アプローチとしてタングステン箔の厚さ1ミリメートルの部分を狙って、比較的低エネルギー・スピン偏極電子を撃ち、結果として生じる陽電子を集めてどのくらいの電子ビームが偏極陽電子になっているか測定することを計画しているという。

    「この方法では、たくさんの陽電子を生成することはできませんが、巨大な加速器は必要としません」と、Grames氏。この方法の研究が、現在押し進められている理由として、比較的最近になってスピン偏極電子源研究が進歩したことが挙げられます。スピン偏極電子源研究では、持続したミリアンペア・ビーム強度を実証しています。

    この研究は、ILC R&Dプログラムだが、核物理研究などJ-Labの他の研究領域にも大い役立ったとPoelker氏は語る。

    「私たちが現在実現していることは、ちょっと前までは気が触れていると思われるようなことでした」と、Grames氏は語った。Grames氏9が博士号を取得したのは90年代後期。最初のスピン偏極電子が米SLAC国立加速器研究所の高エネルギー加速器に入射されてからほぼ20年後だ。「研究者として、ここ10年にわたって開発に関与できたこと、そして、それらの開発が進行中の実験に役立てられる様子や次世代施設に向けて産み出す可能性を目の当たりにできたことに、大きなやりがいを感じています」。

    電子銃の詳細については下記をご覧下さい：
    ■ディレクターズ・コーナー

    ILC加速器中間報告書は、肯定的な反応を引き出す

    （ILC accelerator interim report elicits positive responses）

    Barry Barish | 21 July 2011

    Jon Bagger氏（国際リニアコライダー運営委員会（ILCSC）委員長）からの手紙

    ILC R&Dと設計プログラムの予算拠出の状況には大きな浮き沈みがあった。にもかかわらず、国際共同設計チーム（GDE）は、ILCの設計パラメータと技術の確立に向け、目覚ましい前進を続けることができた。GDEの発行した新しい報告書には、目標通りの超伝導高周波高勾配技術を実証した結果や、電子雲の軽減についての成果、最終収束研究の素晴らしい進捗など、GDEのベースライン設計確立に向けた様々な進捗について報告している。GDEは、ILC技術設計報告書（TDR）の作成という次のステップに移行しており、報告書への好意的な反応は励みになる。

    ILC研究者グループに演説する、Jon Bagger氏（ILCSC委員長）

    Jon Bagger氏（ILCSC委員長）から送られた手紙には、GDEの新たな報告書について「必要となる多くのR&Dが成功裏に進められたことと、プロジェクトコストをコントロールするために必要とされた難しい選択を明らかにした」と所感を述べている。実際には、GDEはTDRのコスト研究を開始したばかりで、この報告書ではコスト予測は提示されていない。しかし、Bagger氏は、新しいベースライン策定のために行われた選択や、R&Dプログラムの焦点の多くが、コストが問題となる領域で行われて来たことを目の当たりにしてきた。中間報告を取りまとめ、TDRベースライン確立を完了し、現在、本格的なコスト予測研究が開始されている。

    Joachim Mnich氏（ILCSC委員会メンバー、高エネルギー物理学と宇宙粒子物理学担当のドイツ電子シンクロトロン研究所（DESY）部長）

    GDEは、フランス・グルノーブルで開催された、高エネルギー欧州物理国際会議(HEP 2011)で、プレス声明を出した。また、カリフォルニア工科大学で行われている一連の会議で、GDEの進捗状況と中間報告書の発行について報告を行っている。プレス声明には、Joachim Mnich氏（ドイツの高エネルギー物理学と宇宙粒子物理学の担当のILCSC委員会メンバー、DESY部長）による「リニアコライダーには、大きな物理学上の意義があります。そして、その意義はLHCから得られる結果でさらに大きくなると確信しています。この報告書は、国際共同研究をよく表すものであり、GDEが現実のプロジェクトへ移行するための技術を有していることを証明するものです」との言葉が引用されている。

    ILCSCの次回会合は、来月インドのムンバイで開催される「2011年レプトン・フォトン会議」で開催される予定だ。GDEは、正式にその会議で中間報告書をILCSCに提出し、最後のプログラム諮問委員会評価報告書について話し合われる予定である。このILCSC会議では、2012年に技術設計報告書が刊行された後に、将来的な組織のあるべき姿や、技術的目標、戦略が主要な論点になると考えている。

    ■ブログライン

    Frank Simon
    CALICE Test Beams: Shift at CERN

    ■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 Black Hills Pioneer
      19 July 2011
      DUSEL（大深度地下空間を利用した自然科学及び工学に関する実験施設）実験は国際委員会からの支持を受けているが、運転資金として必要となる$15Mの予算は、未承認のままだ。
    • from Physics Viewpoint
      18 July 2011
      日本で行われているT2K（東海から神岡）実験の論文によると、観測によれば、ミュオンニュートリノから電子ニュートリノへの最初の振動は500km/GeVで起きている可能性が高いという。実験グループは、6つの候補信号イベントを観測した。
    • from space.com
      14 July 2011
      新しい研究によれば、宇宙における物質優勢の謎は、銀河のスピンに起因する時空の伸張に関連しているかもしれない。

    ■プレプリント

    arxiv preprints
    • Top quark effects on the virtual photon structure function at ILC
    ■今週のイメージ

    宙に浮いて

    （Up in the air）

    画像: DESY

    ドイツのDESYから日本の高エネルギー加速器研究機構（KEK）まで輸送されるPCMAG電磁石。

     

     

    投稿情報: 2011/08/09 カテゴリー: ILC NewsLine |

    2011/08/03

    ILC NewsLine 2011年7月14日号

    ILC NewsLine 2011年7月14日号　[英文記事]

    ■特集記事

    超伝導空洞の「シミ対策」

    （How to keep cavities blemish-free）

    Rika Takahashi | 14 July 2011

    左)98％硫酸、右)46％フッ化水素酸でニオブ板にシミができるかを実験。右図のように、ニオブ板のシミはフッ化水素酸に起因することが分かった。画像：沢辺元明氏

    加速器は、何百種類もの多種多様な部品や装置、構成要素から組合わさってできる精密機械です。そのため、高エネルギー加速器研究機構（KEK）の研究者は、それらの要素ひとつひとつに対応するための、様々な研究や試験に取り組んでいます。

    そのひとつが空洞の「シミ対策」です。超伝導加速空洞の性能試験を行っている時に、空洞の発熱箇所を調べたところ、その周辺に原因不明のシミが見つかりました。これらのシミは空洞性能の阻害原因なのか？その正体を突き止めるべく、KEKの研究チームは実験を開始しました。

    これらのシミが発見できるようになったのは、通称「京都カメラ」と呼ばれる高性能高解像度カメラが開発されたからです。京都カメラは2008年に京都大学とKEKの共同研究から生まれた装置。鏡のように磨き上げられているために撮影が難しい超伝導空洞の内表面の様子を、はっきりと映し出すことができるため、空洞の性能向上に大きく貢献しており、海外の研究所でも使われています。

    超伝導加速空洞はニオブというレアメタルで作られています。空洞の内部にホコリや汚れが付着していたり、突起やキズなどの欠陥があると、発熱を起こしたり超伝導状態を維持できなくなったりします。そこで、電流を流して金属を溶解して表面を平滑化する電解研磨を行い、内面を鏡のようにピカピカな状態にするのです。シミは、この研磨のプロセスのどこかで発生していると考えられます。

    「まずは、シミを再現する実験を行いました」と語るのは、放射線科学センターの沢辺元明氏。今回の実験で中心的な役割を果たしました。ニオブ製の板に新しい電解研磨液を滴下し、しばらく放置した後に純水で洗浄。その後乾燥させて、シミの発生する様子を観察しました。これは、空洞の電解研磨と同様の手順です。「この方法だと、シミはできるのですが再現性に欠ける結果でした」(沢辺氏)。そこで、今度は電解液の組成である硫酸溶液とフッ化水素酸溶液の2つの溶液を使って同様の実験をすると、フッ化水素酸溶液を滴下したニオブ板上にだけ、シミが現れました。シミはフッ化水素酸に起因するということになります。さらに詳しく調べるために、再現したシミの蛍光X線分析を行いました。

    蛍光X線分析は、元素の同定によく使われる分析法です。物質に一定以上のエネルギーをもつX線を照射すると、吸収されたX線の一部が蛍光X線となって放出されます。この蛍光X線は、各元素の種類によって固有の波長を持っているため、X線の波長と強度を測定すると物質中に含まれる元素の種類と量が分析できるのです。「シミの部分からは、フッ素と酸素が検出されました。つまり、シミはフッ素を含む酸化物の膜だということです」(沢辺氏)。

    では、酸素はどこから来るのでしょうか？研究チームは、空気中の酸素の影響を調べるため、窒素パージをした酸素ゼロの環境下で、同様の実験を行いました。すると、ニオブ板上にシミがまた再現されたのです。空気中の酸素はシミの原因にはなっていないということになります。次に行ったのは、水分中の酸素の影響を調べる実験です。十分に水分を与えた状態と、通常の室内という異なる環境下で、同様の実験を行ったところ、水分の多い状態では鮮明なシミが出現。シミの生成には、水分が大きな役割を果たすことが明らかになりました。

    次に研究チームは、シミの出来方に注目しました。生成されるシミは周辺部が濃くなる傾向にあります。また、電解液の滴下直後に周辺にシミが出来ることもわかりました。これについては「これは気化したフッ化水素が関係していると考えられます」と沢辺氏。フッ化水素酸は希釈すると、フッ化水素、フルオロ硫酸、硫酸に分離するため「これらのことを総合すると、洗浄の際に希釈された電解液から発生するフッ化水素と、その際の水分が原因でシミができると考えられます」。シミ発生のメカニズムが明らかになったのです。

    次に対応しなければいけないことは、シミ発生の防止です。沢辺氏は「洗浄している空洞中のフッ化水素濃度を速やかに下げることと、フッ化水素の気体を発生させないことがポイントになります」と説明。研究チームは、洗浄水の量を増やし、空洞内を液封状態にして気体を発生させないような洗浄方法を、９セル空洞を使って何通りか試してみました。その結果から、現在は、一番シミのできにくい洗浄方法を実践しています。

    「実は、シミが本当に性能抑制の原因かどうかは、まだわかっていないのです。ただ、シミのコントロール方法は解明できました」と語る沢辺氏。このような実験や研究の積み重ねが、宇宙のナゾを解明する最先端の加速器の実現につながっていくのです。

    ■プロフィール

    CERN Bulletinより：ノーベル賞受賞者Jack Steinberger氏インタビュー 

    （From CERN Bulletin: In conversation with Nobel Laureate Jack Steinberger）

    ミュオン・ニュートリノの発見で、1988年にノーベル物理学賞を受賞したJack Steinberger氏は、約50年間の欧州合同原子核研究機関（CERN）の職員であった。最近、90歳の誕生日を迎えた彼は今でも、ほとんど毎日のようにCERNのオフィスにいる。もしたまたま彼とコーヒーを飲むことがあれば、素粒子物理学の現在や次世代に関する、思い出やアイデアを話してくれるだろう。
    私は45年間CERNにいて、CERNが多くの苦難を経る様子を見て来た。CERNでの実験は著しい成長を遂げ、そして、素粒子物理学の野望も大きくなっている。64年前、卒業論文に取り組んでいたとき、私はたった一人で、わずか6ヵ月でそれ書き上げることができたし、世界的に興味深い結果を得ることもできた。現在、CERNでの実験は、何千人とは言わないまでも、何百人もの人々の協力のもと成り立っており、結果を得るのに20年はかかる。
    私の卒論アドバイザーは、Enrico Fermi氏だった。そして、1953年に、Fermi氏は、APSの議長就任を要請された。それは名誉職に過ぎなかったが、彼の少ない義務のうちのひとつは年末の辞を述べることであった。彼が「今日の物理」についてスピーチをした時は、ちょうど粒子を生成する加速器の運転が始まろうとしていた頃であった。粒子の生成に使われた最初の加速器はBerkleyのサイクロトロンで、これは1948年にオンライン化した。これは、現在のも加速器よりずっと小さいものであったが、当時は最大の実験装置であった。スピーチの中でFermi氏は、最終的な（むしろ最大の）加速器がどんなものになるか、その想像図を示した。それは、地球をぐるりと回る粒子加速器であった。大型ハドロンコライダー（LHC）は直径9km。Fermi氏が想像した加速器の1000分の１の大きさだ。
    それは、50年以上前には夢物語だった。しかし、次世代の素粒子物理学では、特にLHCの後はどうなるか、私には分からない。LHCで何が発見されるかにかかっており、それが何なのか、何が見つかるかはまだわからないのだ。しかし、その新しい発見が素粒子物理学にとって興味深いものであることは明らかだ。しかし、実験がますます巨大化し、より高価になっているという事実もある。各国の政府が予算拠出に前向きになる実験には制限があるのだ。

    うまくいけば、LHCから興味深い何かが出てくるだろう。誰でも（私自身も含む）興味があることというのは、標準理論を超えた物理学の兆候だ。私にとっては、標準理論を越えるどのような徴候も、無条件に美しいものだ。これまでに、私たちが見つけたすべては、標準理論の中で解釈できる。
    しかし現在、私は宇宙物理学の追求に、大部分の時間を費やしている。1992年の宇宙マイクロ波放射の不均等性の発見、そして、それ以降の精密測定により、宇宙物理学と宇宙論はここ20年で素晴らしい進歩を遂げてきたが、ダークマターとダークエネルギーについて学ぶ更なる進歩は、チャレンジングなことだと思う。私は、LHCがダークマターが何であるかについて学ぶのに役立ってほしいと思っている。

     [英文記事]

    ■ディレクターズ・コーナー

    台湾でPAC会議開催：加速器勧告

    （PAC meeting in Taiwan: accelerator recommendations）

    Barry Barish | 14 July 2011

    台湾で開催されたILCプログラム諮問委員会会議の議長をつとめたLyn Evans氏
    5月19-20日に、台湾の台北にある、中央研究院で、ILCプログラム諮問委員会（PAC）は、ILC測定器と加速器プログラムについての半年に1回のレビューを行った。そこで、技術設計報告書（TDR）に向けた、国際共同設計チーム（GDE）加速器R&Dプログラムに関する一連の特別な勧告を行った。レビュー全体としては、私たちの業績と進捗について、非常に有効的、協力的なものだった。委員会は、GDEが確かなR&Dプログラムに基き、TDRを順調に作成していることに同意した。PAC報告書には、ILC加速器プログラムに関する6つの具体的な勧告がある。下記で各々の勧告について概説する。

    PACで発表する著者、Barry Barish氏

    1. PACは、GDEの主要な現在の責任は、TDRフェーズを通してコストを制御することであると考えている。

    コスト抑制は、基準設計報告書（RDR）を完了後のGDEの活動の中心テーマであった。私たちは、RDRコスト試算からを、ILCのコストはLHCや国際熱核融合実験炉（ITER）に匹敵するものになることを認識している。したがって、プロジェクトが前進するにつれ、コストの抑制に特別な注意を払う必要がある。TDRの新ベースラインを確立するうえでの最優先事項は、ある領域で必然的に生ずると考えられるコスト増加を補うことが出来るよう、コスト削減が可能な領域を見つけることだ。新ベースラインが確立された今、私たちは新しいコスト予測研究を始めており、TDRを進展させるにつれ「コストを抑制する」ためのあらゆる努力をするつもりである。

    2.委員会は、産業界が工学図面から製造を行い、高エネルギー物理学研究所が性能仕様に合致することに対する責任をとるという、クライオモジュール製造モデルを強く支持する。
    山本明氏（超伝導高周波研究担当のGDEプロジェクトマネージャー）によって提案された、費用対効果が高いクライオモジュール製造モデル。
    コスト効率に優れた空洞とクライオモジュールの大量生産にむけ、私たちは産業界のリスクを最小にするとともに、産業界の得意とする「規格に基づく製造」を担当してもらうべきだ。
    3. PACは、空洞加速勾配目標を達成に向けて、これまでに成し遂げられた進捗に、非常に勇気づけられた。
    Rongli Geng氏は、代替の空洞型であるICHIRO7で高い加速勾配を達成したことを報告した。
    昨秋に開催された前回のPACで、50%以上の性能歩留まりで1メートルにつき35メガボルト（MV/m）の2010年のマイルストーンを達成したことを報告した。米ジェファーソン研究所（J-Lab）のRongli Geng氏は、５月のPACレビューで空洞勾配の進歩を提示し、TDRの35MV/mの90%の性能歩留まりという私たちの目標が手の届く範囲であることを示した。彼はまた、38-39のMV/mの平均加速勾配にも到達できると結論した。彼は、ILC空洞グローバルデータベースには、現在全3領域からの結果が得られていることを報告した。彼は、電界放出を減らすことに関する、経過報告も行った。最後に、彼は、代替の空洞形での何らかの進展、そして、ハイドロフォーミングと機械的研摩での活動を提案など、TDRの後、継続したR&Dのために考慮すべき問題についての議論を行った。彼は、本格的な高勾配のILC 1TeVプログラムに乗り出すために必要な世界的な計画について概説した。
    4.最近行われたはじめてのS1グローバル試験中に起こった問題は、懸念事項である。委員会は器材の慎重な分解の後に、研究成果に関する報告を支持する。
    早野仁司氏（KEK）は、 ILCプロトタイプクライオモジュールのテストであり、かつ、異なる研究所でつくられた部品を統合する『プラグコンパチブル』コンセプトの試験でもあった「S1グローバル試験」の結果を提示した。早野氏は、この試験で確認された一連の問題を指摘した。例えば、一組の空洞は、S1グローバル試験のクライオモジュールに組み入れると性能が低下した。また、カップラー1台も性能が低下、2台のチューナーは動作せず、ピエゾ1台には放電問題が発生した。委員会の懸念を受け入れるが、私たちは大部分のこれらの問題は、根本的な問題ではなく、学習過程を反映するものであると考えている。
    レビュー中のJean-Eudes Augustin氏（前PAC委員長）
    5.FLASH、CesrTA、ATF2試験施設で行われている研究の進歩は素晴らしい。委員会はこの活動の継続を強く支持する。
    超伝導高周波（SCRF）R&Dのほか、私たちのプログラムで中心的なのはFLASHの実験（ビームを使ったSCRF運転条件の実証）と、CesrTAプログラム（ILCダンピングリングの実行可能性と特定の軽減スキームの実証）、そして、ATF2の最終収束の実証である。特に、PACレビュー依頼のATF2の震災からの急速な復旧に励まされる。

    6.PACは、KEKの空洞製作パイロット・プラント・プロジェクトを強く支持する。

    KEKの現在の計画では、R&D段階に置ける産業化の技術開発を行う施設（すなわちパイロット・プラント）を建設することになっている。この施設は、技術設計段階を越えて更なるR&Dを行うために拡張可能であり、最終的には、生産段階で、1年につきおよそ150台の空洞を製造する『主管工場』になる可能性もある。
    全体として、このPACレビューは、多くの領域をカバーするものとなった。技術設計の基礎となる新ILCベースラインの検討や、SCRFの研究開発状況確認と、その工業化と計画の検討、主要なR&Dプログラムの検討、そして、TDR完成後のプログラムに関する議論などが行われた。今回の委員会は非常に建設的なレビューであった。委員会は有益な提案をしてくれたし、2012年の末発行予定の技術設計報告書に向けた私たちの進歩と計画に協力的なものであった。
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    ■ニュース記事

    • from Nature Blogs
      11 July 2011
    • 全米アカデミーが発表した報告書によると、提案中の地下研究所は「最重要」な3つの科学の疑問に対応するための重要なステップであるとしている。

    • from The Guardian
      8 July 2011
      始動する前でも、LHCからの成果では不十分かもしれないという示唆があった。CERN理事会と米国理論物理学研究者グループはさらにより巨大な加速器「リニアコライダー」の必要性を主張した。
    • from CERN
      7 July 2011
      CERNは本日、電子設計コミュニティ間でハードウェアに関する知識の共有を可能にする法的枠組みとして、オープン・ハードウェア・ライセンス（OHL）バージョン1.1をリリースした。
    • from New Scientist
      6 July 2011
      イリノイ州、バタヴィアにある米フェルミ国立加速器研究所（Fermilab）のテバトロン粒子加速器実験であるDZeroの研究者らは、これまでで最も大きな発見のCP対称性の破れの要因を発見した。
    ■プレプリント
    ILC Report
    • Report of the sixth meeting of the ILC project advisory commitee (PAC)
    arxiv preprints
    • One-loop Higgs boson production at the Linear Collider within the general two-Higgs-doublet model: e+e- versus gamma-gamma

    ■今週のイメージ

    空洞製造設備運用開始記念式典（Cavity fabrication facility opening ceremony）

    画像：小林敦子

    KEKの新たな空洞製造設備（CFF）の運用開始記念式典。左から：生出勝宣氏（加速器研究施設長）、髙崎史彦氏（理事）、鈴木厚人氏（機構長）、平山英夫氏（理事）、上野健治氏（機械工学センター長）。

    投稿情報: 2011/08/03 カテゴリー: ILC NewsLine |

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