CERN、LHCの運転を終了しLong Shutdown 3へ移行
(home.cern)- 世界最強の粒子加速器 LHC が最後の物理運転を終え、CERNはHigh-Luminosity LHCに向けた Long Shutdown 3（LS3） に入った
- 2008年の初ビーム周回以降、Runs 1–3で蓄積されたデータは、2012年の ヒッグス粒子の発見 や85種を超えるハドロンの発見など、重要な成果につながった
- 2030年に稼働予定の HiLumi LHC は、ルミノシティを従来設計比で最大10倍に高め、ヒッグス粒子の精密研究と標準模型を超える探索を強化する
- LS3の間、数千人の専門家がLHC、入射器、実験装置をHiLumi版へ移行させ、LHCだけでも 1.2km分の磁石と部品 を撤去・交換する
- ATLASとCMSは、はるかに多くの衝突と毎秒50億回を超える相互作用を処理する必要があり、トリガーと検出器技術を大幅に変える必要がある
LHCの運転終了とLS3への移行
- LHCは最終物理運転後に停止され、CERNは Long Shutdown 3（LS3） を開始した
- LS3は保守、強化、アップグレード、設置作業をまとめた大規模プログラムで、研究所を High-Luminosity LHC 段階に対応できるよう準備する
- LHCは2008年9月に初めてビームを周回させ、2009年に最初の陽子衝突を提供した
- 3回の運転期間である Runs 1–3 を通じて、実験装置に前例のない量のデータを提供した
LHCが残した科学・技術上の成果
- 最もよく知られる成果は、2012年7月4日に ATLAS と CMS Collaborationsが発表した ヒッグス粒子 の発見である
- この発見は、ほぼ半世紀前に提案されたメカニズムを確認した
- LHCはヒッグス粒子以後も、複数の分野で進展をもたらした
- 85種を超えるハドロン の発見
- 新粒子発見に関する排除限界の設定
- 物質と反物質の不均衡の探索
- quark–gluon plasmaの性質の研究
- 天体物理学に重要な含意を持つ測定
- 科学的成果に加え、加速器科学、超伝導技術、コンピューティング、国際協力の発展を牽引した
HiLumi LHCの目標とスケジュール
- HiLumi LHC は2030年に運転開始予定である
- 衝突型加速器のルミノシティを従来設計比で最大 10倍 まで高める計画である
- より大きなデータセットを収集し、ヒッグス粒子をより精密に研究できる
- 標準模型 を超える現象を発見する可能性も高まる
- CERNは従来のLHC運転段階を締めくくり、HiLumi LHCへ向けた転換点に入った
LS3の工学作業範囲
- LS3は、LHC建設以降でCERN加速器複合施設に対する最も広範な介入である
- 2030年まで、CERNと世界中のパートナー機関から数千人の専門家が参加する
- 作業対象はLHC、入射器、実験装置で、これらを HiLumi版 へ移行する
- 加速器複合施設全体と実験施設でも、必須の改修プロジェクトが進められる
- SPS North Area の強化
- CNGS target areaの解体
- ECN3 を高強度fixed-target施設へ転換
- ISOLDE 施設の改修
- 人員安全システム、電力網、技術ギャラリーの強化
- LHCでは 1.2km分の磁石と部品 が撤去され、新しい装置に置き換えられる
ATLASとCMSのアップグレード
- LHCトンネル内の ATLAS と CMS 実験は大規模なアップグレードを受け、実質的に新しい検出器へと変わる
- HiLumi LHCの性能を活用するには、各bunch crossingごとに 140〜200回の陽子-陽子衝突 を処理する必要がある
- 最後のLHC運転期間では約60回の水準だった
- 両実験は、毎秒 50億回以上 の相互作用の中から、解析する価値の高い衝突を識別して選択しなければならない
- そのため、ATLASとCMSは追加解析対象のイベントを選ぶ トリガーシステム を全面的に置き換える
- 新しい検出器技術もあわせて導入される
- 現在の検出器よりはるかに多い数十億のreadout channelを備えたall-silicon tracking system
- 数十ピコ秒の分解能を持つ高精度timing detector
- megahertz速度で動作可能な新しいcalorimeter system
ビームのない期間の研究と再稼働
- LS3期間中は粒子ビームは周回しない
- 数千人の研究者は、LHC時代に蓄積された膨大なデータセットを引き続き解析し、新たな物理成果を引き出す
- 同時に、今後の実験課題に備えて装置を準備する
- 加速器複合施設は 2028年から段階的に再稼働 する予定である
- HiLumi LHCはLHCの遺産を基盤に高エネルギー物理学の新たな段階を開き、宇宙と基礎科学の問題をより深く探究する機会を提供する
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
以前の長期停止期間中の CERN Open Days に行ったことがあるが、来場者がLHCの中に入れる珍しい機会だった
ビームラインに沿って約500m歩いたが、あれほど多くの防護装置があるにもかかわらず、ビーム自体は驚くほど小さかった
LHCbの内部に立った瞬間は、科学と技術に対して最も畏敬の念を覚えた瞬間の一つで、写真ではまったく伝わらない
地下の多層建造物全体がケーブルとセンサーで覆われており、人類が作った最大の機械の中に実際に立つ体験は言葉では表しにくい
注ぎ込まれた思考と計画の量は途方もなく、CERNの職員もとても親切に説明してくれた
訪問できるなら、特に ガイドツアー と年次のOpen Daysに合わせて行ってみることをおすすめする
内側から見ると、専門外の人が想像するほど理想的なものばかりではありません
学界によくある権力構造があり、博士課程の学生やポスドクが独立した研究ではなくサービス・技術作業に動員され、研究者は実際の研究より象徴的な役割や政治的要素に気を配らなければならないことが多い
PhD→Postdoc→Tenure→Professorというキャリアモデルが、本当に専門性を作るためのものなのか、それともその逆なのか疑問に思った
現代の粒子物理研究が互いにほとんど同じような論文を生産し、常勤職を得るためにh-indexを増やすこと以外には科学的影響が弱いことに大きな挫折感を覚えた
今はIT業界にいてずっと良いが、CERNで研究したことは結局、素晴らしく学びの多い経験だった
ツアーガイドによると、優秀な人たちが調査したにもかかわらず根本原因は分からないとのことで、残念ながらこの話題についてのオンライン資料は見つけられなかった
10.4m望遠鏡は大きすぎて全体を写真に収めるのが難しく、そうした畏敬の念を直接味わう体験が良かった
実際に完成して科学を行った装置のそばに立つこととは比べものにならなかったが、さまざまな計測機器や磁石が付いたビームチューブの区間が展示されていて、夏のインターンもあった
応募する前に議会が予算を打ち切り、そのとき科学において政治がどう機能するのかを初めて悟って、子どものように思い描いていた仕組みの想像が壊れた
本当に巨大な装置で、当時は数分の1秒でテラバイトのデータを収集するよう設計されたマルチパスのデータ収集システムと検出器データセンターが非常に印象的だった
欧州のインターネットバックボーンの一つがある中央データセンターとデータサイロも見事だった
当時の基準では計算能力とストレージ容量は想像しにくいほどだったが、今ではデータと計算の密度が大きく上がって、同じ数字でもそれほど印象的には見えないかもしれない
Superconducting Super Colliderの中止 が科学全体にとって純利益だったのか損失だったのか気になる
完成していれば、2030年にアップグレードされたLHCよりもほぼ3倍高いビームエネルギーだったはずだ（20TeV対7TeV）
しかし核心的な問題は科学ではなく政治だった
SSCの運用と予算は、2001年、2008年、2020年の米国経済危機の中でも維持されただろうか？
SSCが先にヒッグス粒子を発見してLHCが中止・延期・予算不足に苦しみ、2008年の大不況や米国政府の緊縮時にSSCまで閉鎖されるという時間軸も想像できる
そうなれば、今日SSCもLHCも存在しなかったかもしれない
逆に、SSCが別の発見を10〜15年早めた可能性もある
SSCの稼働予定は1990年代後半で、LHCのヒッグス発見は2012年だった
そして科学全体として見れば、資源が 基礎粒子物理学 から他の場所へ移ったことは利益だった可能性もある
タイトルが少し大げさな感じがする
LHCに別れを告げるのではなく、出力10倍のアップグレード を行うのだ
「LHCを諦めるって？ なぜそんな大ニュースを聞いていないんだ？」と思ったが、実際にはタイトルが完全に誤解を招くものだった
その投稿は、神や宇宙人のような宇宙の真実を発見し、あまりに恐れて科学をやめ、必然的に明らかになる「真実」に備えている、というような内容だった
信頼される情報源がこうした明らかに虚偽のたわごとで満ちているのだから、社会が根本的に愚かになっていくのも驚きではない
LHCが再び稼働し、小さな粒子たちをリングの中で宇宙的なデモリション・ダービーのように回しながら現実の最小のかけらを見つけ出し、それに奇抜な名前を付ける日が待ち遠しい
昨年7月にCERNを訪れ、運よくグループツアーに参加できた
ツアーガイドはポスドク研究者で、一般ツアーでエレベーターに乗って下に降りられるのは 長期停止期間 だけだと言っていた
だからLHCで作業が進んでいる今はツアーに行くには最良の時期かもしれず、私もまた行ってみようかと思っている
下に降りられなくてもツアーは素晴らしかった
70年の歴史、初期の粒子加速器設備、ATLAS管制室の眺めを見ることができ、施設は畏敬の念を抱かせるもので、公共の利益のための科学研究に欧州が長期的に取り組んでいる証しのように見えた
学部生の頃、1回目の長期停止期間に ATLAS insertable B layer 研究のごく小さな部分に貢献したことがある
3年間ですべての検出器が大きくアップグレードできて、今回の停止期間で現在のシステムがどうアップグレードされるのか興味深い
ATLAS の ITK は insertable B layer と比べると、完全にとんでもないレベルに聞こえる
チャンネル数が800万から 50億 に増える
ITKpix が、私たちが扱っていた T3MAPs CMOS や FEI4 センサーと少しでも似ているのか気になって調べてみたら、かなり違っていて本当にすごい: https://cds.cern.ch/record/2928802/files/ATL-ITK-PROC-2025-0...
最近、CERN が 1エクサバイト以上の衝突データ を保存していると読んだ
前回の長期停止時の600PBから増えた数字: https://information-technology.web.cern.ch/sites/default/fil...
かなりすごい
公式文書にたまに紛れ込んでいた誤字が今でも笑える
https://www.google.com/search?q=site%3Acern.ch+%22large+hard...
2000年代初頭に ATLAS TDAQ/HLT に少し貢献していた身としては、次の段階が具体化していくのを見ると不思議な気分になる
特別な見学をしてみたい人には、今がいいタイミング
長期停止期間 は、普段は入れない多くの場所を見学できる唯一の機会
まだ正式確定ではないが、来年夏以降に2019年のような Open Days がありそう
期間は短いが、数日間は LHC トンネルへ降りることも含め、ほぼすべての場所にアクセスでき、そのほかにも信じられないほど面白い場所がたくさんある
その間も常設展示とガイドツアーは続くので、興味があれば来て素晴らしい科学を見学すればいい
皆さんの税金で作られた科学だ