lhc 計画とアトラス実験の現状
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LHC 計画とアトラス実験の現状. LHC 計画の概要 LHC 加速器と土木工事 LHC の財政危機と新ベースラインの決定 アトラス実験 アトラス日本グループ予算 その他. Large Hadron Collider Project. 陽子・陽子衝突型加速器(周長 27 km ) エネルギー: 7 + 7 = 14 TeV ルミノシティー: 10 34 cm -2 s -1 ヒッグス粒子や超対称性粒子の探索など 1 TeV のエネルギーフロンティアー領域での素粒子物理の研究を行う。 実験: ATLAS, CMS, ALICE, LHCb - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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LHC 計画とアトラス実験の現状
• LHC 計画の概要
• LHC 加速器と土木工事
• LHC の財政危機と新ベースラインの決定
• アトラス実験
• アトラス日本グループ予算
• その他
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Large Hadron Collider Project• 陽子・陽子衝突型加速器(周長 27 km )
• エネルギー: 7 + 7 = 14 TeV
• ルミノシティー: 1034 cm-2s-1
• ヒッグス粒子や超対称性粒子の探索など 1 TeV のエネルギーフロンティアー領域での素粒子物理の研究を行う。
• 実験: ATLAS, CMS, ALICE, LHCb
• 建設費 4.6BCHF+ 実験装置~ 0.5-0.6 兆円
• 2005 年完成 → 2007 年完成
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LHC 加速器の設計Circumference: 26.7 kmBeam Energy: 7 TeV Injection E: 450 GeV1232 MR dipoles B=8.33 Tesla, L=14.2m368 MR quads B’=223 T/m, L=3.1m No. of Bunches: 2808Bunch spacing: 24.95 nsBunch size at IP: 77 mm x 16 mHalf crossing angle: 160 radLuminosity: 1034 cm-2s-1 ~20 pp collisions/CRPb-ion Luminosity: 2x1027cm-2s-1See http://lhc-new-homepage.web.cern.ch
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LHC のための土木工事:殆ど完成近い
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2002 年 10 月のアトラス地下実験室現状。 2003.4.15 に引渡し予定
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LHC ダイポール用超伝導ケーブルの生産スピードが回復した。
実際の生産
最低必要量
契約
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1232 dipoles
Cold tested
Colored coils
Aug. 2006
主リングダイポールの生産状況
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from Canada from Russia
from USA from Japan
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SPS でのビームエミッタンスのテスト: LHC ゴールは 3.75μm
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SPSSPS での電子雲の研究での電子雲の研究
数日ビーム運転すると問数日ビーム運転すると問題にならなくなることが題にならなくなることが
わかった。わかった。
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→ 加速器建設状況は全て Web で見えるようにした。
情報公開
LHC の悪い根拠ないウワサはすぐ全世界に流れる。
CERN のホームページ
LHC: Dashboard
をクリック
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年月
LHC トンネル全周
http://lhc-new-homepage.web.cern.ch/lhc-new-homepage/
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現在の時点 進行状況
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LHC 計画オーバーコスト問題・ 2001 年 9 月に約 20% のオーバーコスト
が発表され、大きな問題になった。 当初予算 コスト増加 LHC 加速器と実験場 2600 480 MCHF ATLAS 実験 475 68 MCHF CMS 実験 475 63 MCHF ALICE 実験 ~150 ? 7 MCHF
・ 2002 年 6 月外部レビュー委員会報告。
・ 2002 年 12 月に CERN が LHC 完成のための新ベースラインを提出し承認された。
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2007 年完成の新ベースライン
• LHC の 2006 年完成 → 2007 年にビーム。
• 各 LHC 実験:超過コストに対する参加国のコミット要請と一部装置の完成延期。
• 他の科学プログラムの縮小: COMPASS, AD, ISOLDE, n_TOF は続ける。 R&Dの大幅な縮小。 CNGS ビームは 2006 年完成。
• 2005 年に PS, AD, SPS の運転を止める。
• Local Staff 制度の導入で 250 年人の増加を行う。
• 部門毎の P+M (人 + 物)システムとの導入。
• EIB 銀行から 2010 年までの借金。
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-1000
-500
0
500
1000
1500
収入支出累積収支差
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
MCHF
2002
新ベースラインのよる CERN 予算の年次計画
CERN/FC/4629/Corr.Rev. より
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0
500
1000
1500
2000
2500
3000
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
CER
Nの職員
数+Local Staff
CERN Staff
CERN の人的資源の計画
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L. Maiani 所長の理事会での発言
• 2002 年は大変な年であった。出来ることはすべてやった。
• トップダウンとボトムアップがミートして出来た画期的なプランで、 CERN で初めてだ。
• このプランで LHC の 2007 年完成が確信できる。
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2002 年 12 月 18 日 CERNは European Investment Bank (EIB) から 300 million EUR を借りることができた。
右端: L. Maiani 現 CERN所長
次期 CERN所長( 2004 ~ 2008 )Robert Aymar博士
Important Steps for Future
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スーパー LHC 計画: SLHC
• LHC後の CERN のプロジェクト SLHC , CLIC
• SLHC: 2002 年当初に LHC の将来に関する一連の study がなされた。
See http::/cern.ch/lhc-proj-IR-upgrade
→ エネルギー up か? → ルミノシティ up か?
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CMS
tan=10
5 contours
See hep-ph/0204087 for more detail studies
LHC
7 TeV1035
14 TeV1034
一般に
エネルギー2倍の方が
ルミノシティー 10倍
よりも
物理フロンティアー
が広げられる。
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Approximate mass reach of pp machines: s = 14 TeV, L=1034 (LHC) : up to 6.5 TeV s = 14 TeV, L=1035 (SLHC) : up to 8 TeV s = 28 TeV, L=1034 : up to 10 TeV s = 40 TeV, L=1034 : up to 13 TeV s = 200 TeV, L=1034 (VLHC) : up to 75 TeV
Copied from F. Gianotti’s talk at ICFA 2002 Seminar at CERN (http://dsu.web.cern.ch/dsu/of/icfasource.html)
Unit=TeV
Physics reaches by future machines
PROCESS LHC SLHC VLHC VLHC LC LC 14 TeV 14 TeV 28 TeV 40 TeV 200 TeV 0.8 TeV 5 TeV 100 fb-1 1000 fb-1 100 fb-1 100 fb-1 100 fb-1 500 fb-1 1000 fb-1
Squarks 2.5 3 4 5 20 0.4 2.5 WLWL 2 4 4.5 7 18 90Z’ 5 6 8 11 35 8† 30† Extra-dim (=2) 9 12 15 25 65 5-8.5† 30-55†q* 6.5 7.5 9.5 13 75 0.8 5 compositeness 30 40 40 50 100 100 400
probes indirectly up to ~1000 TeVwith ultimateluminosity
probes directly up to ~100 TeV with ultimate luminosity
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LHC upgrade scenarios (1)
Phase 0: without hardware changes to LHC Collide beams only in IP1 and IP5. Increase bunch population: 1.1 1.7 x 1011
Increase dipole B to 9 Tesla
resulting L = 2.3 x 1034 cm-2s-1, Ep=7.54 TeV
Phase 1: Changes in insertions and/or injector complex Modify * at IR : 0.5 m 0.25 m Increase x-ing angle: 300 rad 424 rad. Increase Nb up to ultimate intensity. Halving z with a higher harmonic. Doubling number of bunches: 12.5 ns bunch interval
resulting L = 9.4 x 1034 cm-2s-1 time scale 2012 ?
See web site http::/cern.ch/lhc-proj-IR-upgrade
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LHC upgrade scenarios (2)
Phase 1’ : Introduce 300m long super-bunch
Modify * at IR : 0.5 m 0.25 m Increase x-ing angle to several mrad. Inject a bunched beam of 1 A. Use barrier buckets to form a single long super-bunch. Halving bunch length with a higher harmonic RF
resulting L = 9 x 1034 cm-2s-1
It may avoid electron cloud effects and minimize the cryogenic heat load. But the detectors need major changes.
For details, see F. Zimmermann’ talk on the KEK workshop Oct 2002
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LHC upgrade scenarios (3)
Phase 2 : Major hardware changes in the arcs
Equip SPS with superconducting magnets for 1 TeV injection to LHC.
New arc dipoles with B=16-16.5 T Upgrade the injectors. Super-bunch (?).
resulting E = 14 TeV, L = 9 x 1034cm-2s-1
time scale 2015 ?
![Page 27: LHC 計画とアトラス実験の現状](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814967550346895db6bc38/html5/thumbnails/27.jpg)
Need majorNeed major detector upgrades detector upgrades
for full benefit of higher for full benefit of higher 10103535cmcm-2-2ss-1-1
Central Solenoid
Barrel EM calorimeter
Cryostat for Barrel LAr calorimeter
1 m
Beam pipe
Tile Calorimeter
Straw tracker
SCT tracker Pixel
Pixel detectors
340kGy, 6x1015neq/cm2
Forward calorimeter
23MGy, 1017neq/cm2
Si-strip detectors
150kGy, 3x1014neq/cm2
Wire straw tubes
30kGy, 6x1013neq/cm2
Max. rate ~ 150 MHz
Liq-Ar calorimeter
6kGy, 1.5x1014neq/cm2
?
Probably OK
Need major detector upgrade to get full benefit of higher luminosity
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ミューオン検出器 電磁カロリメーター
ソレノイド 前方カロリメター 端部トロイド
ハドロンカロリメター
内部飛跡検出器中央部トロイド電磁石 ビーム遮蔽
アトラス実験
![Page 29: LHC 計画とアトラス実験の現状](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814967550346895db6bc38/html5/thumbnails/29.jpg)
参加国 研究機関数
PhD研究者
当初建設費分担 (MCHF)
オーバーコス ト (MCHF)
分担額 コミット額
アメリカ合衆国 33 232 80.74 12.3 6.2CERN 1 137 60.50 8.6 13.7 フランス 7 90 52.76 7.91 4.50イタリア 12 141 45.09 6.62 4.00ドイツ 10 109 40.00 5.61 4.71イギリス 12 105 34.11 4.4 2.6
日 本15
10 %61
4.7 %32.186.9 %
4.366.4 % まだ
ロシア 8 102 26.12 4.1 1.2スイス 2 14 18.51 2.4 1.4カナダ 7 40 15.08 2.12 まだオランダ 2 16 12.40 1.92 1.92 他 40 258 50.92 7.84 合 計 149 1,305 468.41 68.18 46.53
アトラス実験の参加国分担状況
![Page 30: LHC 計画とアトラス実験の現状](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814967550346895db6bc38/html5/thumbnails/30.jpg)
アトラス実験の現状http://atlas.web.cern.ch/Atlas/SUB_DETECTORS/DetStatus/DetStatus.html にアップデートされた現状や写真が載っている。 ←←アトラス日本 HP にポインター(アトラス実験の現状)がある。
![Page 31: LHC 計画とアトラス実験の現状](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814967550346895db6bc38/html5/thumbnails/31.jpg)
アトラス実験の現状・据え付け・組み立てが非常に複雑で大変である。
・超伝導トロイド電磁石の成功がカギ。
![Page 32: LHC 計画とアトラス実験の現状](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814967550346895db6bc38/html5/thumbnails/32.jpg)
アトラス日本の予算• 測定器建設: 26.1億円 大型機械整備費 (KEK)
・特定領域科研費 11.2億円 1999 ~ 2004 2005 からどうするか?• コモンファンド: 20.5億円 LHC信託基金から補填(文部省ー CERN合意)。
• 地域解析センター: 数億円/ 年 東大 ICEPP より要求する。
• 運転維持費: 2~3億円/ 年 KEKより要求するが大変きびしい。
![Page 33: LHC 計画とアトラス実験の現状](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814967550346895db6bc38/html5/thumbnails/33.jpg)
アトラス日本建設予算執行状況
当初計画 執行済額 執行率 (2003.3 見込 )
TGC 16.68億円 9.26億円 55.5 %
TDC 3.68億円 2.16億円 58.7 %
シリコン 13.23億円 8.78億円 66.4 %
DAQ 1.50億円 0.14億円 9.6 %
ソレノイド 12.2億円 8.65億円 70.9 %
![Page 34: LHC 計画とアトラス実験の現状](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814967550346895db6bc38/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: LHC 計画とアトラス実験の現状](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814967550346895db6bc38/html5/thumbnails/35.jpg)