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2024-09-16 14:03:08
大きなことを考える IPAC’24 で議論された将来の衝突型加速器の提案をまとめた Thomas Roser 氏のスライド。クレジット: T Roser”>
大きなことを考える IPAC’24 で議論された将来の衝突型加速器の提案をまとめたトーマス・ローザー氏のスライド。クレジット: T ローザー
ある数え方によれば、科学には 300 以上の異なる分野があり、その数は増え続けています。5 千年前に天文学から始まった物理学だけでも、今ではほとんどの分類法で少なくとも 24 の細分化があります。過去 30 年間で、ビームの科学は独自の主題と方法、昨年 25 周年を迎えた Physical Review Accelerators and Beams などの専用の査読付きジャーナル、そして 24 近くの定期的な地域および国際会議やワークショップを持つ、独自の分野に進化しました。
現在、約 5,000 人の加速器科学者とエンジニアが 50 か国以上で働いており、その 3 ～ 4 倍の規模の技術専門家と連携しています。ほとんどの科学者とエンジニアは運用とアップグレードに深く関わっていますが、新しい施設の設計と建設、ビーム物理の研究、重要な技術コンポーネントの開発、プロジェクトのリーダーシップも担当しています。彼らの仕事には、技術移転、産業への応用、将来の専門家の教育とトレーニング、公共および学術的なアウトリーチが含まれることがよくあります。
グローバルな分野
分野全体の定期的な会議の必要性は、以前から認識されてきました。歴史的には、米国での2年ごとの粒子加速器会議 (PAC) (1965～2009)、欧州での2年ごとのEPAC (1988～2008)、アジアでの3年ごとのAPAC (1998～2007) などの地域会議がこの目的を果たしてきました。これらの会議では、あらゆる種類の加速器、粒子、使用事例が取り上げられました。この分野が真にグローバルになると、リーダーたちは一連の国際PAC (IPAC) を設立しました。これは3年周期で地域を巡回し、約1,500人の参加者を集めます。第15回IPACは5月19日から24日までテネシー州ナッシュビルで開催され、アジアからほぼ200人、欧州から400人以上、米国からほぼ700人が登録しました。
会議の「醍醐味」は施設からの報告にあったが、すべての進歩を1人で要約することはできないため、私自身が関心のある分野のハイライトに限定せざるを得ない。コーネル大学のCBETA加速器試験施設の最近の成功に続き、エネルギー回収線形加速器（ERL）と超伝導RFおよび固定磁場交流勾配加速器などの関連技術の興味深い進歩が報告された。私の目に留まったもう1つのホットな話題は、電子イオン衝突型加速器の強力なハドロン冷却に向けた設計作業と実験研究だった。産業用および医療用の加速器における今年の進歩も印象的で、放射性同位元素の製造と放射線治療（TRIUMFのオリバー・ケスターとGSIのマイケル・ガロンスカ）、半導体製造用光源（SLACのブルース・ダナム）、加速器駆動核融合（TAEテクノロジーズのリチャード・マギー）に関する注目すべき発表や、世界中の企業や機関による96の展示会があった。
CERN の FCC-ee プロジェクトは、いくつかのセッションで議論されました。Nuria Catalan-Lasheras (CERN) は、高出力クライストロン (RF 源) の目覚ましい進歩を示す印象的な講演を行いました。現在、クライストロンの効率は約 55% (RF 電力を壁コンセントの電力で割った値) ですが、彼女は、約 85% の効率まで向上できる可能性があると指摘しました。道筋は明らかです。電圧を上げて電流を減らし、クライストロンの「マイクロパービアンス」を減らすことです。これは、100 MW のシンクロトロン放射損失を 100 MW の RF 電力で継続的に補充する必要がある FCC-ee にとって重要です。クライストロンの効率向上だけで、60 MW 以上を節約できます。これは、CERN 加速器複合施設の現在の電力消費量の 3 分の 1 に相当します。
会議の「要点」は施設からの報告にあったが、すべての進捗状況を要約できる人はいない。
ミューオン衝突型加速器は、ハドロンに比べて大幅なエネルギー増加を達成できるユニークな機会として提示されました (Diktys Stratakis、フェルミ国立加速器研究所)。ミューオンは点状の性質を持つため、衝突のたびに質量中心のエネルギー全体を新しい物理過程の調査に利用できます。したがって、10 TeV ミューオン衝突型加速器は、衝突するパートンが陽子のエネルギーのほんの一部しか運ばない 100 TeV 陽子-陽子衝突型加速器に匹敵する高エネルギー物理学のブレークスルーを提供できます。10 TeV ミューオン衝突型加速器はコンパクトであるため、コストは FCC-ee に匹敵し、10 pCM (パートン質量中心) のエネルギーを達成できる他のどの代替概念よりも何倍も低くなる可能性があります (T Roser 他 2023 JINST 18 P05018)。課題は、今後 20 年間でミューオン生成、冷却、加速の技術を開発することです。今後 19 年から 25 年の間に、加速器コミュニティは、a) 高強度で短い陽子バンチ、b) 高出力陽子ターゲット、c) ミューオン冷却、d) 高速ミューオン加速、e) ミューオン崩壊生成物からコイルを保護するためにタングステンインサートで裏打ちされた 10 ～ 12 T の超伝導磁石、f) ビームを揺らして超高エネルギーニュートリノの狭い円錐を効果的に広げ、ミューオン崩壊時に電荷のないニュートリノによって引き起こされる損傷を回避する、などの技術を実証することが技術的に可能になるはずです。
会議の閉会の講演で、私は34の将来の衝突型加速器の提案をレビューし、あらゆるタイプの衝突ビームと加速器で、妥当なコストと消費電力の制限内で達成可能な究極のエネルギーを分析し、1 PeV (数千 TeV) を超えるエネルギーが達成可能であるという議論を展開し、ミューオンが高エネルギー物理学の将来の粒子であると結論付けました。
私は、IPACが世界のアクセラレーターの世界で現実の交流を促進することに成功したことを証明できます。
授賞式はハイライトとなり、KEK の横谷薫氏 (APS ウィルソン賞) と SLAC のゲンナジー・ストゥパコフ氏 (IEEE NPSS PAST 賞) の受賞スピーチが行われました。横谷氏は、TRISTAN e+e- 衝突型加速器や ILC など、さまざまな電子陽電子装置や提案への参加について概説しました。ストゥパコフ氏は、コンピューター モデリングとシミュレーションの時代におけるビーム ダイナミクス理論の重要性を強調しました。
2010 年に京都で開催された第 1 回以来、IPAC は世界の加速器分野での実際の交流を促進することに成功してきたと断言できます。会議終了後、5 分以上の交流が 100 回以上ありました。これは、より小規模またはより専門的な会議では実現が難しいことです。米国を拠点とするこの会議に多くの中国人同僚が出席したのは喜ばしいことですが、ロシアからの参加者は確認できませんでした。これは、私たちの科学の国際精神にとって懸念すべき展開です。来年台湾で開催される IPAC’25 に政治的障壁が影響しないことを願います。
個人的には、素晴らしい科学的、社会的プログラムを企画してくださった主催者の方々、そして、合同加速器会議ウェブサイトチームの献身的な努力に感謝したいと思います。彼らのたゆまぬ努力により、論文、講演、ポスターなど会議の議事録のほぼすべてが最終日までにオンラインで利用可能となり、高エネルギー物理学の他の分野が大いに恩恵を受けることができる基準が確立されました。
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