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LHC 計画とその物理

LHC 計画とその物理. 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。. LHC Tunnel. 27 km ring used for e + e - LEP machine. Cost : 2,952 MCHF + 328 MCHF = 3,281 MCHF (~3,000 億円 ) (machine) (exp. area). LHC 計画の大目標. s = 14 TeV (7 X Tevatron)

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Presentation Transcript

  1. LHC 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. LHC Tunnel 27 km ring used for e+e- LEP machine Cost : 2,952 MCHF + 328 MCHF = 3,281 MCHF (~3,000 億円) (machine) (exp. area)

  4. LHC 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 = Ls ) ・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 mrad 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 mm バンチ衝突当りの陽子衝突 19 Luminosityの概算

  6. 加速器用超伝導ケーブルの調達状況　2004年11月加速器用超伝導ケーブルの調達状況　2004年11月 One of major suppliers is Furukawa 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 Tesla L = 14.3 m NbTi/Cu conductor T(He) = 1.9 K Cold mass assembly at 3 factories in EU Cryodiploe assembly is done at CERN site. All cryodipoles will be cold-tested at CERN before 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 SUPERCONDUCTING COIL Total weight : 12,500 t Overall diameter : 15 m Overall length : 21.6 m Magnetic field : 4 Tesla Silicon Microstrips Pixels CALORIMETERS ECAL HCAL Scintillating PbWO4 crystals Plastic scintillator/brass sandwich IRON YOKE TRACKER MUON ENDCAPS MUON BARREL Drift Tube Resistive Plate Cathode Strip Chambers Chambers Resistive Plate Chambers Chambers 3 g/cm3

  10. ＣＭＳの電磁カロリメター（PbWO4クリスタル）ＣＭＳの電磁カロリメター（PbWO4クリスタル）

  11. ATLAS Detector ATLAS superimposed to the 5 floors of building 40 Diameter 25 m Barrel toroid length 26 m End-cap end-wall chamber span 46 m Overall weight 7000 Tons

  12. ATLAS Collaboration 34 Countries 151 Institutions ~1300 Scientific Authors Construction cost ~ 540 MCHF + a 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. 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）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)

  15. 4-Magnet system Barrel Toroid ~3Tm, 1.08 GJ 6Tm End-capToroid ~ 6Tm, 2x0.25 GJ Fe yoke (calorimeter) Central Solenoid 2T (KEK/Toshiba)

  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 accordion type electrodes to minimize detector capacitance and cracks ~ one month LAr calorimeter modules mounted in the cryostat, Dec. 2003. Beam test result :sE/E = a /Ec Barrel End-cap a < 10%a < 12.5% c < 0.4% c < 0.5% Cool down test successful, May-July 2004

  19. アトラスシリコン半導体検出器（日本も分担）アトラスシリコン半導体検出器（日本も分担） Specifications: Strip pitch : 80 mm Stereo angle : 40 mr readout 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 modules 980 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 神戸大で宇宙線による検査 KEKで1100台のTGCを製造 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 He tanks He refrigerator in USA15 Compressor room SUX1

  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5s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. まとめ ・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。

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