「SuperKEKB プロジェクト」加速器が本格稼働

2018年3月23日
東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構 (Kavli IPMU)
 

東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構 (Kavli IPMU) は、高エネルギー加速器研究機構 (KEK) の日本最大の粒子加速器であるSuperKEKB (スーパーケックビー) と Belle II 測定器を用い行われる高エネルギー物理学実験の Belle II 実験に参加しています。加速器と測定器を併せて SuperKEKB プロジェクトとも呼ばれるこのプロジェクトでは、加速器は KEKB 加速器から SuperKEKB 加速器へ、測定器は Belle 測定器から Belle II 測定器へといずれもアップグレードするための準備が進められてきました。

SuperKEKB 加速器では、2016年に電子ビームと陽電子ビームを衝突させずに周回させる運転を行い、その後最終形態への改造をし、それらを衝突させる段階に入りました。 そしてこのたび、2018年3月19日に電子ビームをメイン・リングに入射、21日には蓄積に成功しました。ビームの蓄積とは、継続してビームを周回させることを言います。 今後、陽電子ビームをメイン・リングに入射、蓄積し両者を衝突させるための調整をいよいよ行います。

これにより、本格稼働した加速器による実験を開始し、前身の KEKB 加速器が保持する衝突性能 (ルミノシティ) の世界最高記録の更新、さらにその40倍の性能を目指し、素粒子物理学の「標準理論」を超える物理現象の発見を目指します。

 

◇ KEKB と SuperKEKB の違い

SuperKEKB 加速器は、2010年まで運転を続けた前身の KEKB 加速器を大幅にグレードアップさせるもので、同年からアップグレードに向けた改造を行ってきました。KEKB 加速器と比較して、衝突点におけるビームサイズを1/20に絞り込むとともに、蓄積ビーム電流を2倍に高めて、あわせて40倍の衝突性能を目指します。

電子、陽電子を衝突させることでB中間子と反B中間子のペアなどが発生しますが、KEKB では、これまでに約10億個のB中間子対を生成し、様々な素粒子物理学の成果を得ました。 SuperKEKB では、約500億個の B 中間子対などのデータを解析し、標準理論を超えた新しい物理法則の解明を目指します。

ルミノシティを大幅に高めるために採用されたのが、長く、細く、極めて薄いバンチ (電子・陽電子の集団) を大きな交差角で衝突させる「ナノ・ビーム方式」というビームの衝突方式です。 イタリアの研究者 P. ライモンディ氏が発案したもので、これを本格的に実現する衝突実験は世界で初めてとなります。 ナノ・ビーム方式採用やビーム電流増強のため、SuperKEKB では、ビーム光学設計の変更、新型ビームパイプへの交換、新しい最終収束用超伝導電磁石の導入、ダンピングリングの新設や入射器の改造など、様々な装置の改良を重ねました。


◇ 各フェイズの意味付け

SuperKEKB プロジェクトは、3段階で構成され、今回の発表は「フェイズ2」のはじまりとなります。

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#KEKB から SuperKEKB への高度化改造 (2010年〜) 

フェイズ1 (2016年2月~6月)

・ビーム衝突無しで、加速器のビーム調整を十分に行い、Belle II 測定器を衝突点に導入できる状況を作る。
・Belle II 導入に向け、検出器への Background (余計な信号) を測定し理解する

#衝突実験に向けた改造 (2016年夏〜2018年3月)

#ロールイン (2017年4月11日):Belle II 測定器を衝突点に導入し、SuperKEKB 加速器と Belle II 測定器が合体
 

フェイズ2 (2018年3月~7月)

 

・ビーム衝突調整、KEKB の設計値を目指す
・Belle II VXD 測定器(崩壊点検出器)を導入可能かの判断
・Belle II データ収集、測定器調整、解析開始

#Belle II 測定器改造 (2018年秋~冬)

#VXD を設置して Belle II 測定器を完成

フェイズ3 (2019年2月~)

・ルミノシティをさらに上げながら、運転を継続
・新たな物理法則の発見を目指し、衝突反応のデータを蓄積、解析
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詳細は高エネルギー加速器研究機構 (KEK) のプレスリリースを御覧下さい。


関連リンク
「SuperKEKBプロジェクト」加速器が本格稼働しました (高エネルギー加速器研究機構のページ)
https://www.kek.jp/ja/newsroom/2018/03/22/0900/

Belle II コラボレーションのページ (英語)
https://www.belle2.org