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： = 14 TeV ルミノシティー： 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 建設費 4.6BCHF+ 実験装置～ 兆円 2005 年完成 → 2007 年完成

LHC 加速器の設計 Circumference: 26.7 km Beam Energy: 7 TeV Injection E: 450 GeV 1232 MR dipoles B=8.33 Tesla, L=14.2m 368 MR quads B’=223 T/m, L=3.1m No. of Bunches: 2808 Bunch spacing: ns Bunch size at IP: 77 mm x 16  m Half crossing angle: 160  rad Luminosity: cm -2 s -1 ~20 pp collisions/CR Pb-ion Luminosity: 2x10 27 cm -2 s -1 See

LHC のための土木工事：殆ど完成近い

2002 年 10 月のアトラス地下実験室現状。 に引渡し予定

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

1232 dipoles Cold tested Colored coils Aug 主リングダイポールの生産状況

from Canadafrom Russia from USAfrom Japan

SPS でのビームエミッタンスのテスト： LHC ゴールは 3.75μm

SPS での電子雲の研究 数日ビーム運転すると問 題にならなくなることが わかった。

→ 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: DashboardDashboard をクリック

年月 LHC トンネル全周

現在の時点進行状況

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 MCHF ATLAS 実験 47568MCHF CMS 実験 47563MCHF ALICE 実験 ~150 ?7MCHF ・ 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。

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。

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

CERN の人的資源の計画

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。

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

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 → エネルギー up か？ → ルミノシティ up か？

CMS tan  =10 5  contours See hep-ph/ for more detail studies LHC 7 TeV TeV 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。

Approximate mass reach of pp machines:  s = 14 TeV, L=10 34 (LHC) : up to  6.5 TeV  s = 14 TeV, L=10 35 (SLHC) : up to  8 TeV  s = 28 TeV, L=10 34 : up to  10 TeV  s = 40 TeV, L=10 34 : up to  13 TeV  s = 200 TeV, L=10 34 (VLHC) : up to  75 TeV Copied from F. Gianotti’s talk at ICFA 2002 Seminar at CERN ( 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 fb fb fb fb fb fb -1 Squarks W L W L 2  4  4.5  7  18  90  Z’ † 30 † Extra-dim (  =2) † † q*  compositeness probes indirectly up to ~1000 TeV with ultimate luminosity probes directly up to ~100 TeV with ultimate luminosity

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 Increase dipole B to 9 Tesla resulting L = 2.3 x cm -2 s -1, E p =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 cm -2 s -1 time scale  2012 ? See web site

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 cm -2 s -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

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= T Upgrade the injectors. Super-bunch (?). resulting E = 14 TeV, L = 9 x cm -2 s -1 time scale  2015 ?

Need major detector upgrades for full benefit of higher cm -2 s -1 Pixel detectors 340kGy, 6x10 15 n eq /cm 2 Forward calorimeter 23MGy, n eq /cm 2 Si-strip detectors 150kGy, 3x10 14 n eq /cm 2 Wire straw tubes 30kGy, 6x10 13 n eq /cm 2 Max. rate ~ 150 MHz Liq-Ar calorimeter 6kGy, 1.5x10 14 n eq /cm 2 ? Probably OK  Need major detector upgrade to get full benefit of higher luminosity

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

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 CERN フランス イタリア ドイツ イギリス 日 本 % % % % まだ ロシア スイス カナダ まだ オランダ 他 合 計 1491, アトラス実験の参加国分担状況

アトラス実験の現状 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。

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。

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 ～ 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。

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 ( 見込 ) TGC 億円 9.26 億円 55.5 % TDC 3.68 億円 2.16 億円 58.7 % シリコン 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 %