東京大学素粒子物理国際研究センター

International Center for Elementary Particle Physics, The University of Tokyo

第1部会
共同利用・共同研究拠点

研究所・センターの概要

センター長
浅井　祥仁
Asai, Shoji

キーワード: 素粒子物理、CERN LHC-ATLAS実験、PSI MEG実験、国際リニアコライダーILC、陽子・陽子衝突、ヒッグス粒子、超対称性理論、統一理論、量子AIテクノロジー
住所: 〒113-0033
東京都文京区本郷7-3-1

素粒子物理国際研究センターは、初代施設長・小柴昌俊博士（2002年ノーベル物理学賞）が1974年に設立した組織で、世界最先端の加速器施設において我が国の素粒子物理研究の中心拠点となり、国際共同実験を主導・実施しています。具体的には、欧州合同原子核研究機構（CERN）の世界最高エネルギーの陽子・陽子衝突型加速器LHCを用いた国際共同実験ATLASを遂行し、2012年のヒッグス粒子発見に大きく貢献しました。現在はヒッグス粒子や超対称性などの卓越性の高い物理研究を推進し、同時に将来の高輝度LHCプロジェクトに資する検出器アップグレードの研究開発を進めています。一方、世界最高強度のミュー粒子ビームと新しい素粒子測定技術を用いて、大統一理論とニュートリノ質量の謎に挑むMEG II実験をスイスのポールシェラー研究所（PSI）で実施しています。更に、先端戦略分野の量子AIテクノロジー研究部門では、ソフトとハードの両面で研究を推進するとともに、量子ネイティブ人材育成も行っています。

令和3年度の研究活動内容及び成果

CERNの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）は2018年12月の第2期運転（Run2）終了後、3年以上にわたるロングシャットダウン期間に、第3期運転（Run3, 2022年開始）と高輝度LHC（HL-LHC, 2029年開始）に向けたアップグレードとメンテナンス作業を完了しました。2021年5月にはPS・SPS加速器を使った物理プログラムが再開し、11月にはLHCにおける陽子ビーム衝突（入射エネルギー）の試験も行われ、重要なマイルストーンに到達しました。
一方、ATLAS実験ではLHC物理の新しいフェーズに備えて、検出器のアップグレード作業を集中的に取組ました。本センターは、Run3に向けたlevel-1ミューオントリガーシステムの改良とLArカロリメータエレクトロニクスの改良の2つのプロジェクトに特に大きく貢献しており、事象の取捨選択を決定するトリガーシステムの能力向上を目指しました。並行して、HL-LHCに向けたミューオントリガー高度化のための開発を主導し、中核を担うエレクトロニクスの試作機の作成をはじめ、技術性能評価試験、試作機実機を用いた本番機能の実装を進めました。COVID-19の影響でCERNへの渡航・入構が制限されるなか常時4～5人の教員が現地で活動し、国内参加機関より現地に滞在する学生及び日本からリモート参加する研究者と学生を支援しました。大学の枠を超えたリモート共同研究体制の拡充・強化により、スピードを損なうことなくシステムコミッショニングを進めることができました。
本センター設置の地域解析センターシステムは、ATLAS実験で発生する膨大なデータを解析するための日本における拠点で、日本の共同研究者が独占的に使用できる計算機資源を提供するとともに、Worldwide LHC Computing Grid（WLCG）と呼ばれる世界規模の分散計算環境であるグリッドインフラの一翼を担っています。地域解析センターは年間を通じて順調に稼働し続け、運転予定期間に対する運転効率は99.9％を達成しております。また、新たに入れ替えた第6期システムは、2022年1月より運用を開始しています。

レプトンフレーバーを破るミューオン稀崩壊μ→eγを世界最高感度で探索するMEG II実験は、COVID-19の困難な状況にもかかわらず教員3人と学生6人がPSIに長期滞在し、最終準備作業に大きく貢献しました。飛躍的に実験感度を向上させるための検出器のアップグレードと信号読み出しのための新型電子回路の導入は2021年度中に完了し、エンジニアリング運転及び試験的な物理データ取得を進めることができました。2022年6月以降に始まるビームタイムでいよいよ本格的な物理データ取得を予定しています。

LHC加速器の陽子・陽子衝突点にあるATLAS検出器

ATLAS実験のWorldwide LHC Computingモニター

MEG II実験の液体キセノンγ線検出器内部

社会との連携

理学部と合同の高校生のためのオープンキャンパスは、COVID-19感染拡大防止のためオンライン配信で2021年7月に開催しました。従来の模擬授業に加えて「バーチャルCERNツアー」を初めて企画し、知識豊富な現地教員のガイドにより最もアクセスが困難なATLAS実験地下室にカメラを持ち込み、巨大で精密な検出器の主要部などを解説しました。また、高校生のための冬休み講座では、近年注目を集める「量子コンピュータ」にスポットをあて、将来的な可能性の話も交えながら、研究の最前線を紹介しました。