「SuperKEKBプロジェクト」加速器が本格稼働しました

2018年03月22日 #プレスリリース #加速器 #素核研

高エネルギー加速器研究機構（KEK）で、新たに生まれ変わった日本最大の粒子加速器SuperKEKB（スーパーケックビー）が本格稼働しました。 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ましたが、最終形態への改造を行い、それらを衝突させる段階に入りました。 3月19日には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、同年から高度化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。

SuperKEKBに関する用語、数値

SuperKEKB加速器	電子、陽電子ビームの衝突型加速器。各リングの周長約3㎞。ビームラインの深さ地下約11メートル。
ルミノシティ	ビーム衝突型加速器でお互いのビーム中の粒子が衝突し、起きにくい素粒子反応を単位時間あたりにどれだけ起こせるかの指標。「ルミノシティ」に目的とする素粒子反応の「断面積」をかけ加速器の「運転時間」をかければ、発生する素粒子反応の数になる。 KEKBのルミノシティ設計値は、10^{34 cm^-2s^-1。 SuperKEKBが目指すのは、8×10³⁵ cm^-2s^-1}
衝突ビームの重心系エネルギー	10.58 GeV。1 GeVは、10億電子ボルト。電子ビームのエネルギーは7 GeV、陽電子ビームは4 GeV。
ビーム電流	SuperKEKB加速器のビーム電流の設計値はKEKB運転時の2倍に。陽電子ビームは1.8Aから3.6Aに。電子ビームは1.4 Aから2.6 Aに。
バンチ	電子、陽電子のかたまりのこと。バンチサイズは進行方向6mm、水平方向10μm、垂直方向50～60nm。各バンチの中に電子または陽電子が約600〜900億個。リングの中に約1500〜2500個のバンチ