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LHC 計画とアトラス実験の現状

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： 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

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LHC 計画とアトラス実験の現状

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Presentation Transcript

  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：1034 cm-2s-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. LHC加速器の設計 Circumference: 26.7 km Beam Energy: 7 TeVInjection 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 m Half crossing angle: 160 rad Luminosity: 1034 cm-2s-1~20 pp collisions/CR Pb-ion Luminosity: 2x1027cm-2s-1 See http://lhc-new-homepage.web.cern.ch

  4. LHCのための土木工事：殆ど完成近い

  5. 2002年10月のアトラス地下実験室現状。2003.4.15に引渡し予定2002年10月のアトラス地下実験室現状。2003.4.15に引渡し予定

  6. 契約 最低必要量 実際の生産 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。

  7. 1232dipoles Colored coils Cold tested Aug. 2006 主リングダイポールの生産状況

  8. from USA from Japan from Canada from Russia

  9. SPSでのビームエミッタンスのテスト：LHCゴールは3.75μmSPSでのビームエミッタンスのテスト：LHCゴールは3.75μm

  10. 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。

  11. 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。 →　加速器建設状況は全てWebで見えるようにした。 CERNのホームページ LHC:    Dashboard をクリック

  12. http://lhc-new-homepage.web.cern.ch/lhc-new-homepage/ LHCトンネル全周 年月

  13. 現在の時点 進行状況

  14. 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 2600 480 MCHF ATLAS実験 475 68 MCHF CMS実験 475 63 MCHF ALICE実験 ~150 ? 7 MCHF ・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。

  15. 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。

  16. CERN/FC/4629/Corr.Rev.より 新ベースラインのよるCERN予算の年次計画

  17. CERNの人的資源の計画

  18. 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。

  19. Important Steps for Future 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

  20. 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？

  21. 5 contours CMS tan=10 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。 14 TeV 1034 7 TeV 1035 LHC See hep-ph/0204087 for more detail studies

  22. 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 WLWL 2 4 4.5 7 18 90 Z’ 5 6 8 11 358†30† Extra-dim (=2) 9 12 15 25 655-8.5† 30-55† q* 6.5 7.5 9.5 13 75 0.8 5  compositeness 30 40 40 50 100 100 400 probes directly up to ~100 TeV with ultimate luminosity probes indirectly up to ~1000 TeV with ultimate luminosity Physics reaches by future machines Copied from F. Gianotti’s talk at ICFA 2002 Seminar at CERN (http://dsu.web.cern.ch/dsu/of/icfasource.html) Unit=TeV 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

  23. LHC upgrade scenarios (1) See web site http::/cern.ch/lhc-proj-IR-upgrade • Phase 0: without hardware changes to LHC • Collide beams only in IP1 and IP5. • Increase bunch population: 1.1  1.7 x 1011 • Increase dipole B to 9 Tesla resulting L = 2.3 x 1034 cm-2s-1, Ep=7.54 TeV • Phase 1: Changes in insertions and/or injector complex • Modify b* 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 1034 cm-2s-1time scale  2012 ?

  24. LHC upgrade scenarios (2) For details, see F. Zimmermann’ talk on theKEK workshop Oct 2002 • Phase 1’ : Introduce 300m long super-bunch • Modify b* 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 1034 cm-2s-1 It may avoid electron cloud effects and minimize the cryogenic heat load. But the detectors need major changes.

  25. 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=16-16.5 T • Upgrade the injectors. • Super-bunch (?). resulting E = 14 TeV, L = 9 x 1034cm-2s-1 time scale  2015 ?

  26. Need major detector upgrades for full benefit of higher 1035cm-2s-1 Liq-Ar calorimeter 6kGy, 1.5x1014neq/cm2 Probably OK Pixel detectors 340kGy, 6x1015neq/cm2 ? Forward calorimeter 23MGy, 1017neq/cm2 Si-strip detectors 150kGy, 3x1014neq/cm2 Wire straw tubes 30kGy, 6x1013neq/cm2 Max. rate ~ 150 MHz • Need major detector upgrade to get full benefit of higher luminosity

  27. アトラス実験 ミューオン検出器 電磁カロリメーター 前方カロリメター ソレノイド 端部トロイド 内部飛跡検出器 中央部トロイド 電磁石 ハドロン カロリメター ビーム遮蔽

  28. アトラス実験の参加国分担状況

  29. 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。

  30. 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。

  31. 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 1999～20042005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。

  32. 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 　(2003.3見込) TGC 16.68億円9.26億円55.5 % TDC 3.68億円2.16億円58.7 % シリコン 13.23億円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 %

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