LHC計画スケジュール案 - Atlas Japan
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Transcript LHC計画スケジュール案 - Atlas Japan
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 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 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
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
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。
1232 dipoles
Colored coils
Cold tested
Aug. 2006
主リングダイポールの生産状況
from USA
from Japan
from Canada
from Russia
SPSでのビームエミッタンスのテスト：LHCゴールは3.75μm
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。
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
http://lhc-new-homepage.web.cern.ch/lhc-new-homepage/
LHCトンネル全周
年月
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
ATLAS実験
475
68
CMS実験
475
63
ALICE実験~150 ?
7 MCHF
MCHF
MCHF
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。
CERN/FC/4629/Corr.Rev.より
1500
MCHF
1000
500
0
-500
収入
支出
累積収支差
-1000
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
新ベースラインのよるCERN予算の年次計画
2010
3000
+Local Staff
CERNの職員数
2500
2000
1500
CERN Staff
1000
500
0
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
CERNの人的資源の計画
2009
2010
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。
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
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？
5 contours
一般に
CMS
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
tan=10
See hep-ph/0204087 for more detail studies
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)
PROCESS
Squarks
WLWL
Z’
Extra-dim (=2)
q*
compositeness
LHC
14 TeV
100 fb-1
2.5
2
5
9
6.5
30
SLHC
14 TeV
1000 fb-1
3
4
6
12
7.5
40
28 TeV
100 fb-1
VLHC
40 TeV
100 fb-1
4
4.5
8
15
9.5
40
5
7
11
25
13
50
Approximate mass reach of pp machines:
s = 14 TeV, L=1034 (LHC) : up to
s = 14 TeV, L=1035 (SLHC) : up to
s = 28 TeV, L=1034
: up to
s = 40 TeV, L=1034
: up to
s = 200 TeV, L=1034 (VLHC) : up to
6.5 TeV
8 TeV
10 TeV
13 TeV
75 TeV
VLHC
200 TeV
100 fb-1
20
18
35
65
75
100
probes directly
up to ~100 TeV
with ultimate
luminosity
Unit=TeV
LC
0.8 TeV
500 fb-1
0.4
8†
5-8.5†
0.8
100
LC
5 TeV
1000 fb-1
2.5
90
30†
30-55†
5
400
probes indirectly
up to ~1000 TeV
with ultimate
luminosity
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 * 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 ?
LHC upgrade scenarios (2)
For details, see F. Zimmermann’ talk on the KEK workshop Oct 2002
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.
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 major detector upgrades
for full benefit of higher
1035cm-2s-1
Probably
6kGy, 1.5x1014neq/cm2 OK
Liq-Ar calorimeter
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
ミューオン検出器
アトラス実験
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
中央部トロイド
電磁石
内部飛跡検出器
ハドロン
カロリメター
ビーム遮蔽
アトラス実験の参加国分担状況
研究機
関数
PhD研
究者
当初建設費分
担 (MCHF)
アメリカ合衆国
33
232
CERN
1
フランス
参加国
オーバーコスﾄ
(MCHF)
分担額
コミット額
80.74
12.3
6.2
137
60.50
8.6
13.7
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
15
10 %
61
4.7 %
32.18
6.9 %
4.36
6.4 %
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
40
258
50.92
7.84
149
1,305
468.41
68.18
日
本
他
合
計
46.53
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：
KEKより要求するが大変きびしい。
2~3億円/年
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 %
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 %
シリコン