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

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