ATLAS ExperimentATLAS実験
「真空・時空」の解明
初期宇宙の進化への実験的アプローチ
概要
ATLASとは、CERN（欧州合同原子核研究機構）のLHC（大型ハドロン衝突型加速器）を用いて行なわれている実験プロジェクトであり、素粒子を探索する検出器の名称でもあります。ATLAS検出器は、全長46m・直径25m・重さ7,000トン、1億チャンネルのセンサーが組み込まれた巨大な精密測定装置で、ヒッグス粒子を発見した2台の検出器のひとつです。
LHCは、陽子を世界最高エネルギーまで加速して衝突させ、素粒子現象を実験的に観測するための円形衝突型加速器です。陽子同士の衝突エネルギーは、ヒッグス粒子発見時（2012年）で8TeV（テラ電子ボルト）。当時すでに世界最高でしたが、2015-18年の第2期実験（Run2）では13 TeVで運転し、2022年から始まった第3期実験（Run3）では13.6 TeVに到達しました。
2019-21年の加速器運転停止期間中に入射加速器群を大幅に改良し、検出器もトリガーを中心としたデータ収集系のアップグレードを行なった結果、Run3のデータ収集は目標を大きく上回るレベルで推移しています。このデータを使って、暗黒物質（ダークマター）の候補となる超対称性粒子の発見や、ヒッグス粒子の自己結合定数の測定に向けた研究を加速させます。宇宙初期に生じたと考えられる宇宙進化の鍵を、直接的かつ実験的に研究していきます。
ATLAS実験は、世界40ヶ国から177の大学・研究機関が参加する国際共同研究プロジェクトです。大学院生・技術専門家を含む約5,900名の研究者が携わり、ヒッグス粒子の精密測定や「標準理論」を超える新物理の探索に力を注いでいます。日本の13の大学・研究機関からも、研究者・学生およそ160人が参加し、「ATLAS日本グループ」として海外の一流の研究者たちと肩を並べ、最先端の研究を進めています。そのうち約40人が本センターから参加しています。
ATLAS日本グループは、1994年4月の発足以来、実験の中心的役割を担っています。ATLAS検出器の立案設計に関わったほか、日本企業の協力のもと、超伝導ソレノイド、シリコン飛跡検出器、ミューオン検出器などを建設してきました。また、2009年からの本格的な衝突実験データ取得に合わせ、本センターに「ATLAS地域解析センター」を構築し、物理解析を推進してきました。ヒッグス粒子発見における日本の物理解析チームの貢献は、世界的に高く評価されています。
Run3のデータ取得・物理解析と並行して、2030年開始予定の高輝度LHC実験の準備も進めています。高輝度LHC実験では積分輝度にして3,000fb-1に相当するデータの蓄積が可能となり、新粒子探索範囲のさらなる拡大、測定の高精度化を進めていきます。本センターは、高速・高効率・高精度を実現する新しいトリガーエレクトロニクスや、人工知能・量子コンピュータ技術の開拓による次世代コンピューティングモデルの開発に挑戦しています。
微細な素粒子を見るのに欠かせない巨大な加速器とは？
CERNのLHCは、全周が山手線一周とほぼ等しい27kmと非常に巨大な「加速器」です。
「加速器」とは、粒子を加速させて運動エネルギーを高める装置のことです。高いエネルギー下で、素粒子はさまざまな振る舞いを見せます。微細な素粒子を見るために巨大な設備が必要になるのは、「小さなものを見ようとすればするほど、より高いエネルギーが必要になるから」です。素粒子物理学の歩みは、加速器開発の技術の進展なくして考えられず、1930年代ごろから、物質の根源の探求に加速器が使われるようになりました。LHCでは、複数の素粒子からなる陽子を、時計回りと反時計回りに加速して正面衝突させ、世界最高の衝突エネルギーを実現しています。
現代の素粒子物理学や宇宙論では、加速器でつくり出される高エネルギー状態は、宇宙誕生直後の状態にきわめて似ていると考えられています。LHCが生み出す世界最高エネルギーは、宇宙誕生直後の約1兆分の1秒の世界を、ほんの一瞬ではあるものの再現できるとされています。
