1

LHC LHC 計画とその物理計画とその物理

2周長 27km の LEP トンネルを再利用して、 LHC 加速器を 2007 年に完成させて、重心系エネルギー 14 TeV の陽子・陽子衝突を実現する。

3

27 km ring used fore+e- LEP machine

LHC TunnelLHC Tunnel

Cost : 2,952 MCHF + 328 MCHF = 3,281 MCHF (~3,000 億円 ) (machine) (exp. area)

4

LHC LHC 計画の大目標計画の大目標• s = 14 TeV (7 X Tevatron)

5 TeV までの新粒子探索

• L = 1034 cm-2 s-1 (>100 X Tevatron) 　小さい生成断面積まで到達 (Nevent = L

)

・ 2007 年運転開始

5

LHC加速器の主要性能主リング周長 26.6 km陽子ビームエネルギー 7.0 TeVルミノシティ 1034 cm-2s-1

バンチ間隔 25 nsec 、 40 MHz バンチ当りの陽子数 1011

ビームエミッタンス 3.75×10-6 m rad二口径双極電磁石 1232 台双極電磁石長 磁場 14.2 m ， 8.36 Tesla衝突点でのビーム半径 16 m バンチ衝突当りの陽子衝突 19

Luminosity の概算

1234

2

2116210

m164101040

4

scmNfLYX

B

6

加速器用超伝導ケーブルの調達状況　 2004 年 11月

One of majorsuppliers isFurukawa Electric Co.

cables delivered

7

超伝導ダイポール電磁石の量産1232 dipoles in LHC

B(7TeV) = 8.33 TeslaL = 14.3 m NbTi/Cu conductorT(He) = 1.9 K

Cold mass assemblyat 3 factories in EU

Cryodiploe assemblyis done at CERN site. All cryodipoles will becold-tested at CERNbefore installation

Quench performance is very good in general

Cryodipoles waiting to be installed in the tunnel

8

KEK によるビーム収束用超伝導マグネットの設計・量産・検査

9

The CMS Detector

MUON BARREL

Silicon MicrostripsPixels

ECAL Scintillating PbWO4 crystals

Cathode Strip Chambers Resistive Plate Chambers

Drift Tube Chambers

Resistive Plate Chambers

SUPERCONDUCTINGCOIL

IRON YOKE

TRACKER

MUONENDCAPS

Total weight : 12,500 tOverall diameter : 15 mOverall length : 21.6 mMagnetic field : 4 Tesla

HCALPlastic scintillator/brasssandwich

CALORIMETERS

3 g/cm3 g/cm33

10

ＣＭＳの電磁カロリメター（ PbWO4 クリスタル）

11

ATLAS Detector

Diameter 25 mBarrel toroid length 26 mEnd-cap end-wall chamber span 46 mOverall weight 7000 Tons

ATLAS superimposed tothe 5 floors of building 40

12

ATLAS Collaboration 34 Countries 151 Institutions~1300 Scientific Authors

Construction cost ~ 540 MCHF + Construction since 1996 (11 years to initial det.)

Albany, Alberta, NIKHEF Amsterdam, Ankara, LAPP Annecy, Argonne NL, Arizona, UT Arlington, Athens, NTU Athens, Baku, IFAE Barcelona, Belgrade, Bergen, Berkeley LBL and UC, Bern, Birmingham, Bonn, Boston, Brandeis, Bratislava/SAS Kosice,

Brookhaven NL, Bucharest, Cambridge, Carleton/CRPP, Casablanca/Rabat, CERN, Chinese Cluster, Chicago, Clermont-Ferrand, Columbia, NBI Copenhagen, Cosenza, INP Cracow, FPNT Cracow, Dortmund, JINR Dubna, Duke, Frascati, Freiburg, Geneva, Genoa, Glasgow, LPSC Grenoble, Technion Haifa, Hampton, Harvard, Heidelberg, Hiroshima, Hiroshima IT, Indiana, Innsbruck,

Iowa SU, Irvine UC, Istanbul Bogazici, KEK, Kobe, Kyoto, Kyoto UE, Lancaster, Lecce, Lisbon LIP, Liverpool, Ljubljana, QMW London, RHBNC London, UC London, Lund, UA Madrid, Mainz, Manchester, Mannheim, CPPM Marseille, MIT, Melbourne,

Michigan, Michigan SU, Milano, Minsk NAS, Minsk NCPHEP, Montreal, FIAN Moscow, ITEP Moscow, MEPhI Moscow, MSU Moscow, Munich LMU, MPI Munich, Nagasaki IAS, Naples, Naruto UE, New Mexico, Nijmegen, Northern Illinois,

BINP Novosibirsk, Ohio SU, Okayama, Oklahoma, LAL Orsay, Oslo, Oxford, Paris VI and VII, Pavia, Pennsylvania, Pisa, Pittsburgh, CAS Prague, CU Prague, TU Prague, IHEP Protvino, Ritsumeikan, UFRJ Rio de Janeiro, Rochester, Rome I, Rome II, Rome III,

Rutherford Appleton Laboratory, DAPNIA Saclay, Santa Cruz UC, Sheffield, Shinshu, Siegen, Simon Fraser Burnaby, Southern Methodist Dallas, NPI Petersburg, Stockholm, KTH Stockholm, Stony Brook, Sydney, AS Taipei, Tbilisi, Tel Aviv,

Thessaloniki, Tokyo ICEPP, Tokyo MU, Tokyo UAT, Toronto, TRIUMF, Tsukuba, Tufts, Udine, Uppsala, Urbana UI, Valencia, UBC Vancouver, Victoria, Washington, Weizmann Rehovot, Wisconsin, Wuppertal, Yale, Yerevan

13

Country Budget MCHF institutes participants1 United States 80.74 (17 %) 33 232 (18 %)2 CERN 60.50 (13 %) 1 137 (10 %)3 France 52.76 (11 %) 7 90 (6.9 %)4 Italy 45.09 (9.6 %) 12 141 (11 %)5 Germany 40.00 (8.5 %) 10 109 (8.3 %)6 United Kingdom 34.11 (7.3 %) 12 105 (8.0 %)7 日本 32.18 (7.0 %) 15 61 (4.7 %)8 Russia 26.12 (5.6 %) 8 102 (7.8 %)9 Switzerland 18.51 (4.0 %) 2 14 (1.1 %)10 Canada 15.08 (3.2 %) 7 40 (3.1 %)

all SUM 468.41 (100%) 149 1,306 (100 %)

アトラス国際チームの財政分担・参加機関・研究者数（トップ１０）

14

ATLAS 測定器の構成（赤は日本グループが関与）• Magnets

-- Central Superconducting Solenoid (B=2T)-- Barrel and Endcap Superconducting Toroids (Bdl=2~8Tm)

• Tracking (||<2.5) : -- Silicon pixels detector

-- Silicon microstrip detector -- Transition radiation detector

• Calorimetry (||<5) :-- EM : Pb-LAr-- HADRON: Fe/scintillator (central), Cu-LAr (endcap)

-- Forward : Cu-LAr(EM) + W-LAr (hadron)

• Muon Spectrometer (||<2.7) : -- Precision chambers : MDT, CSC(fwd)

-- Trigger system : RPC(barrel), TGC(endcap)

15Fe yoke (calorimeter)

4-Magnet system

Central Solenoid 2T

(KEK/Toshiba)

6Tm

Barrel Toroid

~3Tm, 1.08 GJ

End-cap Toroid

~ 6Tm, 2x0.25 GJ

16

アトラス超伝導ソレノイド　（日本が担当）

東芝京浜工場（ 1999 年） 励磁成功（ 2000 年 12 月）

CERN に到着（ 2001 年 9月）

Maiani 所長らとLAr クライオスタットへ据付 (2004 年 2

月）

17

2004 年 10 月に最初のトロイド電磁石が地下実験室に据付られた

18

液体アルゴン EM カロリメター

Barrel Cooldown

80

130

180

230

280

23.04.2004 00:00:00 03.05.2004 00:00:00 13.05.2004 00:00:00 23.05.2004 00:00:00 02.06.2004 00:00:00 12.06.2004 00:00:00

date / time

Tem

pera

ture

(K)

Max T detector

Min T detector

condensation

start filling ofcryostat

accordion type electrodes to minimize detector capacitance and cracks

Cool down test successful, May-July 2004

~ one month

LAr calorimeter modules mounted in the cryostat, Dec. 2003.

Beam test result : E/E = a /E c

Barrel End-cap a < 10% a < 12.5% c < 0.4% c < 0.5%

19

アトラスシリコン半導体検出器（日本も分担）Specifications:

Strip pitch : 80 mmStereo angle : 40 mrreadout channels ; 1536 ch~ 5000 wire bondings Assembly accuracy < 5 mm

Parts: 4 Silicon sensors (Hamamatsu)12 ABCD chips (DMill, France)TPG thermal conductor (US)Flexible hybrid circuit (Japan)

Fablication:Total: 2600 modules980 in 日本 (best yield > 95%)Others in UK, US and Scandinvia

20

端部ミューオントリガーのためのThin Gap Chamber

(TGC)イスラエル・日本・中国の共同製作

KEK で 1100 台の TGC を製造

神戸大で宇宙線による検査

CERN へ海上輸送

21

アトラス実験室実験室周りの設備の建設が進んでいる

Compressor room SUX1

He tanks

He refrigerator in USA15

22

ヒッグス粒子の生成メカニズムとその断面積

23

LHC では Higgs 質量として可能な全ての領域をカバーでき、 low Luminosity (2x1033cm-2s-1 ）の数ヶ月の運転で 5 以上の発見が可能。ATLAS C M S

24

超対称性粒子の探索SUSY 粒子が 1TeV 領域にあれば３つの力の大統一が可能。かつ階層性問題を解決する。

25

・ LHC 加速器の建設は国際的な協力を得て CERN で順調に進んでおり 2007 年に最初の陽子・陽子衝突が実現する。

・４実験装置が建設中：アトラス・ CMS ・ LHCb ・ ALICE

・日本はアトラス実験に参加し、ソレノイド・ミューオントリガー・シリコン飛跡検出器の建設を担当している。

・ヒッグス粒子の可能な質量領域にわたって発見が数ヶ月の LHC 運転で可能である。

・超対称性粒子は、 LHC 運転 1 ヶ月で質量 1.5TeV まで、1 年で 2TeV までの領域で発見が可能である。

まとめ