LHC LHC LHC LHC

(1)

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

(2)

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

• 建設費 4.6BCHF+実験装置∼0.5-0.6兆円

• 2005年完成 → 2007年完成

(3)

(4)

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:

24.95 ns

Bunch size at IP:

77 mm x 16

µ

m

Half crossing angle: 160

µ

rad

Luminosity: 10

34 _cm

-2

_s

-1

_{~20 pp collisions/CR}

Pb-ion Luminosity: 2x10

27 _cm

-2

_s

-1

(5)

(6)

(7)

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

(8)

1232 dipoles

Cold tested

Colored coils

Aug. 2006

(9)

from Canada

from Russia

(10)

(11)

S P S

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。

(12)

→ 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

(13)

年月

LHC

トンネル全周

(14)

(15)

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

LH C 加速器と実験場

2600

480 M C H F

A T L A S実験

475

68 M C H F

C M S 実験

475

63 M C H F

A LICE実験

150 ?

7 M C H F

・2002年6月外部レビュー委員会報告。

・2002年12月にC E R N がLH C 完成のため

の

新ベースライン

を提出し承認された。

(16)

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。

(17)

-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

(18)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 C E R N の職員数

+Local Staff

CERN Staff

CERN

の人的資源の計画

(19)

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。

(20)

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

(21)

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？

(22)

CMS

tanβ=10 5σcontours

See hep-ph/0204087 for more detail studies

LHC

7 TeV

10

35

14 TeV

10

34

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。

(23)

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 W_LW_L 2σ 4σ 4.5σ 7σ 18σ 90σ Z’ 5 6 8 11 35 8† 30† Extra-dim (δ=2) 9 12 15 25 65 5-8.5† 30-55† q* 6.5 7.5 9.5 13 75 0.8 5 Λ compositeness 30 40 40 50 100 100 400 probes indirectly up to ~1000 TeV with ultimate luminosity probes directly up to ~100 TeV with ultimate luminosity

(24)

LHC upgrade scenarios (1)

Phase 0: without hardware changes to LHC

z

Collide beams only in IP1 and IP5.

z

Increase bunch population: 1.1

→

1.7 x 10

11 z

Increase dipole B to 9 Tesla

resulting

L = 2.3 x 10

34

_cm

-2

_s

-1

_{, E}

p

=7.54 TeV

Phase 1: Changes in insertions and/or injector complex

z

Modify

β

* at IR : 0.5 m

→

0.25 m

z

Increase x-ing angle: 300

µ

rad

→

424 µ

rad

. z

Increase Nb up to ultimate intensity.

z

Halving

σ

_z

with a higher harmonic.

z

Doubling number of bunches:

→

12.5 ns bunch interval

resulting

L = 9.4 x 10

34

_cm

-2

_s

-1

_{time scale ≥}

_{2012 ?}

(25)

LHC upgrade scenarios (2)

Phase 1’ :

Introduce 300m long super-bunch

z

Modify

β

* at IR : 0.5 m

→

0.25 m

z

Increase x-ing angle to several mrad.

z

Inject a bunched beam of 1 A.

z

Use barrier buckets to form a single long super-bunch.

z

Halving bunch length with a higher harmonic RF

resulting

L = 9 x 10

34

_cm

-2

_s

-1

It may avoid electron cloud effects and

minimize the cryogenic heat load.

But the detectors need major changes.

(26)

LHC upgrade scenarios (3)

Phase 2 : Major hardware changes in the arcs

z

Equip SPS with superconducting magnets

for 1 TeV injection to LHC.

z

New arc dipoles with B=16-16.5 T

z

Upgrade the injectors.

z

Super-bunch (?).

resulting

E = 14 TeV, L = 9 x 10

34

_cm

-2

_s

-1

(27)

Need major

detector upgrades

for

full benefit of higher

10

35

35 cm

cm

-

2

2 s

s

-

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, 6x1015_n eq/cm2 Forward calorimeter 23MGy, 1017_n eq/cm2 Si-strip detectors 150kGy, 3x1014_n eq/cm2

Wire straw tubes 30kGy, 6x1013_n eq/cm2 Max. rate ~ 150 MHz Liq-Ar calorimeter 6kGy, 1.5x1014_n eq/cm2

?

Probably

OK

→

Need major detector upgrade to get

(28)

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

(29)

7.84

50.92

258

40 他

まだ

2.12

15.08

40

7 カナダ

1.4

2.4

18.51

14

2 スイス

1.2

4.1

26.12

102

8 ロシア

まだ

4.36 6.4 %

32.18 6.9 %

61 4.7 %

15 10 %

日本

68.18

1.92

4.4

5.61

6.62

7.91

8.6

12.3 分担額

オーバーコスﾄ (MCHF)

46.53

468.41 1,305

149 合計

1.92

12.40

16

2 オランダ

2.6

34.11

105

12 イギリス

4.71

40.00

109

10 ドイツ

4.00

45.09

141

12 イタリア

4.50

52.76

90

7 フランス

13.7

60.50

137

1 CERN

6.2

80.74

232

33 アメリカ合衆国

コミット額

当初建設費分

担 (MCHF)

PhD研

究者

研究機

関数

参加国

アトラス実験の参加国分担状況

(30)

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。