令和２年度概算要求 素粒子物理国際研究センター国際共同研究LHC事業

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1 令和２年度概算要求 素粒子物理国際研究センター国際共同研究LHC事業
事業の背景・必要性 世界最高性能の粒子加速器LHCを用いたATLAS実験で、平成27年度より衝突エネルギーが倍化（13TeV）され、人類の物質観や宇宙観に変革をもたらす新たな発見に向けて、戦略的展開が繰り広げられている。 日本が時機を逃さず国際共同研究を主導し、本学のビジビリティをさらに高める。 世界規模解析網の一翼を担うATLAS地域解析センターを構築・運用する。 事業の概要 　中期目標・中期計画 (大学の基本的な目標) 　知の最先端に立つ世界最高水準の研究を推進し、活発な国際的研究交流を行って世界の 　学術をリードする。 　東京大学ビジョン2020 　ビジョン 　　[研究] 　新たな価値創造に挑む学術の戦略的展開 　　　　　　　 　[社会連携] 　21世紀の地域社会における公共性の構築 アクション [研究]　 ① 国際的に卓越した研究拠点の拡充・創設 　　　　　　　 　[社会連携] 　②産学官民協働拠点の形成　 CERN LHC加速器 （衝突エネルギー：世界最高13TeV） 年次計画(ロードマップ) ４つの目的　(1) LHC高輝度化へむけて (2) 次世代のコンピューター革命 (3) 新粒子の確実な発見 (4) 国際的なIT人材の育成　 新設 STEP3 H30 準備研究 R1新設 （産学連携） 　　　　 ディープラーニング応用研究班　 ATLAS検出器 STEP2 令和６年度以降も事業を継続 形成 新粒子解析専属チーム　（新物理を徹底的に追求するために、日本グループ全体で5つのチームを形成） STEP1 構築 東京大学CERN-LHC研究拠点　（本センターの研究者がコアとなり、現地ATLASでの研究を主導） 地域解析センター 平成24年 ヒッグス粒子発見 物理の新時代へ突入 　　　　 地域解析センター　（東京大学） 停止期間1 第2期運転（Run2） 停止期間2 第3期運転（Run3） 平成25年度 平成26年度 平成27年度 平成28年度 平成29年度 平成30年度 令和元年度 令和２年度 令和３年度 令和４年度 令和５年度 LHC 　 < 　本事業期間 > KPI （達成を目指す数値指標) 事業達成による効果 取得データ量（積分ルミノシティ[単位：fb-1]）： 実験の進捗状況を示す 　　7TeV(H22-23)で 5.3 fb-1、8TeV(H24)で 22 fb-1、13TeV(H27)で 3.9 fb-1 　 本事業期間中に期待される取得データ量は13-14TeVで 約100 fb-1 主要発表論文の総引用数： 実験により得られた成果の重要性を示す 　 平成22～27年度の総引用数は、約50,000回　 　　本事業計画終了時に期待される総引用数は、約100,000回 素粒子物理における世界の中心地CERNで、拠点機能を強化することにより 　　東京大学の学問的ステータスを世界に示す。 世界的に分散したビッグデータをハードウェアの制約を超えて扱う革新的な 　　技術開発は、大学の知を社会還元する点から大きな効果を生む。 標準理論を超えた現象を日本グループが世界で一番最初に観測し、物理学 　　に新しいパラダイムをもたらす。

2 最先端人工知能 技術や量子コンピュータ の基礎科学への応用
令和元年6月 東京大学素粒子物理国際研究センター 素粒子物理国際研究センター国際共同研究(LHC)事業 世界規模共同研究 東京大学CERN-LHC研究拠点 実験データ地域解析センター LHC-ATLAS実験：38カ国 3,000人の研究者が参加 CERNでの解析環境提供 共同利用者の研究支援 若手研究者の育成 WLCGの一翼を担う 日本の研究者専用資源の運用：物理解析を主導 世界LHC計算グリッド(WLCG): 40カ国170サイトが参加 世界分散データへの 人工知能応用 データアクセス法の革命 人工知能 高速への挑戦 （AIトリガーシステム開発） ・・・ ビッグデータ ATLAS 約500PB 毎秒1億回の反応の中から 1万現象ぐらい 瞬間で選び出す技術 地域解析センターシステム ATLAS検出器 欧州合同原子核研究機関(CERN) スイス・ジュネーブ 最先端人工知能 技術や量子コンピュータ の基礎科学への応用 東京大学本郷キャンパス 令和17年までに 100倍3,000fb-1 量子コンピュータ による超高速化 人工知能 1000 億パターン 究極のバラエティー 解析への応用 300fb-1 宇宙誕生の瞬間の解明 100倍の計算機資源必要 平成24年 ヒッグス粒子発見 物質・力・時空の 究極の理解 100fb-1 エネルギー倍増　衝突回数４倍(160fb-1 ) ヒッグス粒子の 性質の精密測定 素粒子標準理論を 超える物理の探索 平成24年までのデータ量30fb-1 H25 H26 H27 H28 H29 H30 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7～ 本事業期間

3 最先端人工知能技術や量子コンピュータの基礎科学への応用 ・次世代計算機技術の開発
　　　　　　　　　　　　素粒子物理国際研究センター国際共同研究（LHC）事業 最先端人工知能技術や量子コンピュータの基礎科学への応用 ・次世代計算機技術の開発　 最先端の研究 新粒子の探索・物理法則の発見 コンピューター科学としても ユニークなデータ資源 →　次世代計算技術開発の覇権 　　（JAPAN-CERN-USの３極 　　　　　　　国際共同研究） 世界的IT企業 共同研究 国際的なIT人材の育成 新しいキャリアパス （大学院の機能強化） WLCG 40万コア 500PBの世界規模のデータ 得られる成果は、LHC高度化事業のためだけなく、新しい応用が期待できる　→　新しいコンピューター技術、産業の創生 素粒子物理解析のAI化 (真のシンギュラリティを求めて） 2) 量子コンピューティングの 素粒子研究への応用 3) 高速応答事象選択（トリガー）システムの構築 4) 世界分散型ビッグデータの 高速処理技術の開発 LHCで新粒子が生成された時の特徴を瞬時に捉えて事象を記録するトリガーシステム 「機械学習」による判断論理の高速化・最適化を極限まで極める。高速応答・多様な事象判断が求められる自動化運転技術にも直結する。 同時に数万の粒子が放出 究極の複雑な物理データの処理には現在の100倍の計算パワーが必要 量子コンピューティングを応用 →　実用化・汎用化へ向けて 　　　高い期待を寄せられている 究極の機械学習：1京のパターン（顔認証などの比でない複雑さ） モデルで簡素化せず、人間があきらめてきた微小信号を拾い出し、新たな物理現象を確実に捉える。　 ビッグデータ の将来像 データアクセスの効率化　 データ配置の効率化 データ圧縮 分散したデータ（アクセスのタイムラグ) を用いた機械学習 ATLAS検出器 次世代加速器実験において新粒子探索・新物理法則の発見を可能にする次世代計算機技術を開発 （１）自然科学分野における基礎概念 「粒子・時空・真空」の再構築　（２） 次世代計算機技術の開発と大きな社会的還元

4 素粒子物理国際研究センター国際共同研究LHC事業 <令和２年度人員計画>
世界最高エネルギー加速器LHCで期待される新粒子・新現象の探索において、日本の研究グループが中心となり目に見える重要な貢献をするためには、 CERN現地滞在のアトラス実験研究者総数の約1割となる30名以上の日本の研究者がコアチームとして「東京大学CERN-LHC研究拠点」を形成して長期滞在し、戦略を持って集中的に研究に取り組むことが必須である。新粒子解析専属チーム（平成29年度）に加え、ディープラーニング応用研究班を新設し、LHC高輝度化への準備と新現象を確実に捉える。 新規の５人は、高い専門性と産学連携、３極の国際共同研究を 行う必要があり、これまでの人員による掛け持ちが難しい。 職名 人数 人件費 業務分担 教授・准教授　 ６名 ５７,０００千円(承継) 現地派遣グループ全体の指揮・物理解析 助教　　　　　　 １０名 ８０,０００千円(承継) 研究環境整備維持・物理解析 特任助教 ２名 １５，０００千円 新粒子解析(研究と日本の共同利用者との共同研究) ディープラーニング応用研究 研究環境整備維持・物理解析（地域解析センター運営） 特任研究員 １名 ７，０００千円 新粒子解析(研究と日本の共同利用者との共同研究)　 ３名 ２１，０００千円 URA １０，０００千円 研究者の研究活動活性化のための 環境整備等の研究開発マネジメント 博士課程大学院生 ８名 --- 物理解析 合　計 ３５名 ２２０，０００千円 ディープラーニング応用研究班 人数 特任助教 2名 特任研究員 3名 合計 5名 人件費 特任助教 7,500千円 x 2 特任研究員 7,000千円 x 3 合計 36,000千円 派遣旅費 短期派遣(7日) 500千円 x 8 合計 4,000千円 合計 40,000千円 業務または 研究ターゲット 具体的な成果目標等 （長期にわたり持続的な解析が必要となる主要な研究課題） 教授・ 准教授 助教 特任 研究員 URA 博士課程院生 合 計 全体指揮 最大の学術成果を得るため戦略を持ってグループ全体を主導 １ 物理解析 ヒッグス粒子 ヒッグスゲージ・湯川相互作用の精密測定 ３ その他の精密測定 超対称性粒子 強い相互作用をする超対称性粒子 ２ ８ その他の超対称性粒子 予期しなかった 新粒子の探索 新しい粒子の探索方法 ５ 新粒子解析基盤整備 解析アルゴリズム開発、新粒子トリガー開発・検出効率評価等 ディープラーニング応用研究 世界最高レベルのビッグデータを用いたディープラーニングを産学連携でデザイン 研究維持・運用 研究環境整備維持、及びCERNサテライトシステム運用維持 1 ６ １０ ４ ３５ ＬＨＣ加速器