大型ハドロン衝突型加速器
大型ハドロン衝突型加速器 (Large Hadron Collider、略称 LHC) とは、高エネルギー物理実験を目的としてCERNが建設した世界最大の衝突型円型加速器の名称。スイス・ジュネーブ郊外にフランスとの国境をまたいで設置されている。2008年9月10日[1]に稼動開始が予定されている。また、LHC実験はそこで実施される実験の総称。
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[編集] 概要
陽子ビームを7TeVまで加速し、正面衝突させることによって、これまでにない高エネルギーでの素粒子反応を起こすことができる。 CERNが建設し、2000年に実験を終了したLarge Electoron-Positron Collider (LEP) の地下トンネル（全周 27 km）に、陽子-陽子衝突のための加速器を新たに設置して建設。
陽子ビームの衝突点には、地下100メートルの地点に6階建てのビルに相当する観測点4箇所に観測装置5台を設置し、高エネルギー物理現象から生じる粒子を観測する。これまでLEPでは、標準モデルの検証実験が行われてきたが、LHCではより精度の高い標準モデルの検証を行う。大統一理論（超対称性理論）を実験的に検証することが長期的な目的である。
LHCで用いる陽子ビームの安定性をシミュレーションする目的でBOINCを基盤としたLHC@home[2]プロジェクトを2004年から開始している。
[編集] 性能
- 加速手順：陽子イオン源からスタートし、陽子イオンを加速する線形加速器、そして陽子シンクロトロンへ陽子ビームを注入するための蓄積源としての陽子シンクロトロンブースター、陽子シンクロトロンブースターで加速された陽子ビームを、更に加速するためのSuper Proton Syncrotron (SPS)。SPSで蓄積され、バンチと呼ばれる状態になった陽子ビームをLHC本体へ注入し、最終加速を行う。衝突点での陽子衝突のイベントは、1秒間に800万回に達する。
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- SPSを建設するための研究過程で確率冷却法が開発されている。
- 加速装置：超伝導加速空洞により陽子ビームを 7TeV（1012電子ボルト）まで加速し、8テスラ 強の超伝導電磁石でその軌道を曲げて円形の周回軌道に乗せる。
- 7TeVの陽子ビームどうしを正面衝突させることによって、14TeVの重心系衝突エネルギーを得る実験が行われる予定。
[編集] 実験グループ
全ての実験グループは、理論的かつ実証的なシミュレーション実験並びにデータ解析を行うCERN（欧州原子核研究機構）の支援部門からの支援を受けている。各国の研究機関の参加に関しては、欧州原子核研究機構理事会によって決定することになっている。
- ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS): 日本も参加している実験グループ、およびその実験装置の名称。
- CMS (Compact Muon Solenoid)
- LHCb (LHC-beauty)
- ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
- TOTEM (Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation)
- LHCf (LHC-forward)
[編集] 各実験の目的
- ATLAS実験では、これまでの高エネルギー実験と同様にして、ドリフトチェンバーを用いた複合実験装置によって、陽子-陽子衝突によって得られた、素粒子を観測することが目的。
- CMSでは、中間子群を生成することによって、原子核の内部構造を明らかにすることが目的。
- LHCbでは、KEKのB-Factoryと同様にして、標準理論の検証が目的。
- ALICEでは、重イオンの衝突実験を行い、クォークグルーオンプラズマ相など重イオンの物理的構造を明らかにすることが目的。
- TOTEMでは、素粒子の弾性散乱や回折分離実験を行うことが目的。
- LHCfは宇宙線の大気中での相互作用のシミュレーションモデルの検証が目的。
[編集] 主な実験テーマ
- 高エネルギーの陽子・陽子衝突実験によって、標準理論を検証し、それを超える新しい物理を研究する (ATLAS, CMS)
- 高エネルギーの陽子・陽子衝突実験によって、B粒子の性質を測定することにより、物質と反物質の非対称性を研究する。（LHCb）
- 高エネルギーの重粒子加速衝突実験によって、クォーク・グルーオン・プラズマを生成し、その性質を測定する[4]。 (ALICE)
[編集] 注目されている実験
標準理論を地上で検証できる、現在準備が終わり実施可能な実験はLHC実験だけのため、多くの物理学者や市民から注目を集めている。将来、国際リニアコライダー実験が始まり、精密かつ正確な実験が行われるまでの間、この実験結果に関しては注目を受けるだろうと思われる。
特に、ヒッグス粒子や超対称性粒子の検出は、現在候補に挙がっている超統一理論の候補を検証することが目的であり、この実験によって少しでも研究が進歩することが期待されている。
2008年の本格稼動を前にして、各種実験装置の最終調整段階に入っている。
[編集] 脚注
- ^ CERNのプレス・リリース（2008年8月7日）
- ^ LHC@home
- ^ 具体化すれば、原子核生成のマジックナンバーと呼ばれるものがあり、これについてALICE実験装置と連動して検証を行うこと。
- ^ アメリカ合衆国ブルックヘブン国立研究所のRHICでの実験をふまえ、クォーク・グルーオン・プラズマの研究をさらに発展させるために行われる。
[編集] 関連項目
- 高エネルギー物理学
- 素粒子物理学
- 加速器
- 国際リニアコライダー (International Liner Collider)
- ミスト (映画)
[編集] 外部リンク
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