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： 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

LHC 加速器の設計Circumference: 　 26.7 kmBeam Energy: 7 TeV 　 Injection E: 450 GeV1232 MR dipoles 　　　 B=8.33 Tesla, L=14.2m368 MR quads 　　　　　 B’=223 T/m, L=3.1m No. of Bunches: 2808Bunch spacing: 24.95 nsBunch size at IP: 77 mm x 16 mHalf crossing angle: 　 160 radLuminosity: 1034 cm-2s-1 ~20 pp collisions/CRPb-ion Luminosity: 2x1027cm-2s-1See http://lhc-new-homepage.web.cern.ch

LHC のための土木工事：殆ど完成近い

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

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

1232 dipoles

Cold tested

Colored coils

Aug. 2006

主リングダイポールの生産状況

from Canada from Russia

from USA from Japan

SPS でのビームエミッタンスのテスト： LHC ゴールは 3.75μm

SPSSPS での電子雲の研究での電子雲の研究

数日ビーム運転すると問数日ビーム運転すると問題にならなくなることが題にならなくなることが

わかった。わかった。

→ 　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

年月

LHC トンネル全周

http://lhc-new-homepage.web.cern.ch/lhc-new-homepage/

現在の時点 進行状況

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。

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。

-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

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

CER

Nの職員

数+Local Staff

CERN Staff

CERN の人的資源の計画

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。

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

Important Steps for Future

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？　

CMS

tan=10

5 contours

See hep-ph/0204087 for more detail studies

LHC

7 TeV1035

14 TeV1034

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。

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 WLWL 2 4 4.5 7 18 90Z’ 5 6 8 11 35 8† 30† Extra-dim (=2) 9 12 15 25 65 5-8.5† 30-55†q* 6.5 7.5 9.5 13 75 0.8 5 compositeness 30 40 40 50 100 100 400

probes indirectly up to ~1000 TeVwith ultimateluminosity

probes directly up to ~100 TeV with ultimate luminosity

LHC upgrade scenarios (1)

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 * 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-1 time scale 2012 ?

See web site http::/cern.ch/lhc-proj-IR-upgrade

LHC upgrade scenarios (2)

Phase 1’ : Introduce 300m long super-bunch

Modify * 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.

For details, see F. Zimmermann’ talk on the　 KEK workshop Oct 2002

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 ?

Need majorNeed major detector upgrades detector upgrades

for full benefit of higher for full benefit of higher 10103535cmcm-2-2ss-1-1

Central Solenoid

Barrel EM calorimeter

Cryostat for Barrel LAr calorimeter

1 m

Beam pipe

Tile Calorimeter

Straw tracker

SCT tracker Pixel

Pixel detectors

340kGy, 6x1015neq/cm2

Forward calorimeter

23MGy, 1017neq/cm2

Si-strip detectors

150kGy, 3x1014neq/cm2

Wire straw tubes

30kGy, 6x1013neq/cm2

Max. rate ~ 150 MHz

Liq-Ar calorimeter

6kGy, 1.5x1014neq/cm2

?

Probably OK

Need major detector upgrade to get full benefit of higher luminosity

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

参加国 研究機関数

PhD研究者

当初建設費分担 (MCHF)

オーバーコス 　ﾄ (MCHF)

分担額 コミット額

アメリカ合衆国 33 232 80.74 12.3 6.2CERN 1 137 60.50 8.6 13.7 フランス 7 90 52.76 7.91 4.50イタリア 12 141 45.09 6.62 4.00ドイツ 10 109 40.00 5.61 4.71イギリス 12 105 34.11 4.4 2.6

日　本15

10 %61

4.7 %32.186.9 %

4.366.4 % まだ

ロシア 8 102 26.12 4.1 1.2スイス 2 14 18.51 2.4 1.4カナダ 7 40 15.08 2.12 まだオランダ 2 16 12.40 1.92 1.92　　他　 40 258 50.92 7.84　　合　　計 149 1,305 468.41 68.18 46.53

アトラス実験の参加国分担状況

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。

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。

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 ～ 2004 　 2005 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。

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 %