高エネルギー加速器研究機構（KEK）

高エネルギー加速器研究機構高エネルギー加速器研究機構
設立	1997年4月1日
本部	つくば市、茨城県、日本
事務局長	山内正則
所属	文部科学省
Webサイト	http://www.kek.jp/en/

高エネルギー加速器研究機構（こうえんけいかそくきけんきこう）は、茨城県つくば市にある日本最大の素粒子物理学研究所を運営することを目的とする日本の組織である。1997年に設立された。^[¹^] 「 KEK」という用語は、約695人の従業員を雇用する研究所自体を指す場合にも使用される。^[²^] KEKの主な機能は、高エネルギー物理学、材料科学、構造生物学、放射線科学、計算科学、原子核変換などに必要な粒子加速器およびその他のインフラストラクチャを提供することである。KEKでは、それらを利用した内部および国際的な協力により、数多くの実験が構築されてきた。高エネルギー加速器研究機構（KEK）名誉教授の小林誠氏は、 CP対称性の破れに関する研究で世界的に知られ、2008年にノーベル物理学賞を受賞した。

北緯36度8分55秒東経140度4分37秒 / 北緯36.14861度、東経140.07694度 / 36.14861; 140.07694

歴史

KEKは、東京大学原子核研究所（1955年設立）、高エネルギー物理学研究所（1971年設立）、東京大学中間子科学研究所（1988年設立）の再編により1997年に設立されました。^{[ 1 ]}しかし、この再編は前述の研究所の単純な合併ではありませんでした。そのため、KEKは当時設立された唯一の新研究所ではありませんでした。親機関の研究のすべてが高エネルギー物理学の傘下にあったわけではないからです。たとえば、東京大学原子核科学センターは、理化学研究所との研究パートナーシップの下、低エネルギー原子核物理学のために同時に設立されました。

1971年：国立高エネルギー物理学研究所（KEK）が設立されました。
1976年：陽子シンクロトロン（PS）は設計通り8GeVのビームを生成し、 12GeVを達成した。
1978年：ブースターシンクロトロン利用施設とフォトンファクトリー（PF）が設立されました。
1982年：PFは2.5 GeVの電子ビームを蓄積することに成功しました。
1984年：TRISTAN蓄積リング（AR）のトランスポーザブル・リング交差蓄積加速器が電子ビームを6.5 GeVまで加速しました。
1985年：ARが陽電子ビームを5 GeVまで加速した。
1986年：TRISTANメインリング（MR）は電子ビームと陽電子ビームの両方を25.5 GeVまで加速しました。
1988年：超伝導加速空洞の助けにより、MRエネルギーが30 GeVにアップグレードされました。
1989年：総合研究大学院大学に加速器科学部門と放射光科学部門が設立されました。
1994年：KEKB B工場の建設が始まる。
1995年: TRISTAN実験（AMY、JADE、TOPAZ、VENUS）終了。
1997年：高エネルギー加速器研究機構が設立された。
1998年： KEKB（KEK Bファクトリー）リングでの最初のビーム貯蔵。
1999年：長基線ニュートリノ振動実験（K2K）開始。KEKBにおけるBelle実験の運用開始。
2001年：大強度陽子加速器（J-PARC）の建設開始。
2004年：大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構となる。K2K実験終了。
2005年：東海キャンパス開設。PSでの実験終了。
2006年：J-PARCセンターが設立されました。
2008年：小林誠教授が2008年ノーベル物理学賞を受賞しました。
2009年：J-PARC建設完了。
2016年： SuperKEKB電子・陽電子リングにおけるビームの初回転と保管に成功^{[ 3 ]}
2017年：日本のつくば市でBelle II実験の「ローリングイン」を完了。
2018年：SuperKEKBビームがBelle II検出器内で初めて衝突^{[ 4 ]}

組織

KEKには4つの主要な研究所がある

加速器研究所:粒子加速器を研究、開発、構築、管理する研究所。
素粒子原子核研究所:素粒子物理学、原子核物理学、天体物理学を研究するための台座物理学研究所。
物質構造科学研究所:物質構造を研究する応用物理学研究所。
応用研究室:粒子加速器を使用した研究を支援するために使用される研究室。

KEK の科学者は、総合研究大学院大学高エネルギー加速器科学研究科の博士課程の学生を対象に研修を行っています。

位置

つくばキャンパス：〒305-0801 茨城県つくば市大保1-1
東海キャンパス：〒319-1195 茨城県那珂郡東海村白根白方2-4

粒子加速器

現在の複合体

SuperKEKB ： KEKBのアップグレード版となる電子陽電子衝突型加速器。7GeV電子蓄積リングと4GeV陽電子蓄積リングの2つの蓄積リングを備える。周長は約3.016km。大量のB中間子と反B中間子を生成し、Belle II実験のデータを提供する。
フォトンファクトリー（PF）：シンクロトロン光実験用の電子蓄積リングです。周長は約187m、電子ビームのエネルギーは2.5GeVです。
フォトンファクトリー先端リング（PF-AR）：電子蓄積リングはシンクロトロン光実験に用いられます。この加速器は、6.5 GeVの電子ビームを用いて高強度パルスX線を生成します。円周長は約377 mです。このリングはかつて、電子陽電子衝突型加速器TRISTANのブースターシンクロトロンとして運用されており、当初はTRISTAN蓄積リング（AR）と呼ばれていました。

KEK e+/e-線形加速器：KEKBに8.0 GeVの電子と3.5 GeVの陽電子を入射する線形加速器複合施設。この線形加速器は、PFに2.5 GeVの電子、PF-ARに6.5 GeVの電子も供給する。この線形加速器は近年、SuperKEKB用にアップグレードされた。
加速器試験施設（ATF）：試験加速器は、超低エミッタンスビームの生成に重点を置いています。これは、将来の電子-陽電子線形衝突型加速器の実現に不可欠な技術の一つです。通常運転時の電子ビームエネルギーは1.28 GeVです。
超伝導RF試験施設（STF）：国際リニアコライダー（ILC）の主要リニアックシステムのプロトタイプとして、高勾配超伝導空洞を備えた試験リニアックを構築および運用するための試験施設。
大強度陽子加速器研究施設（J-PARC）：600MeV線形加速器、3GeVシンクロトロン、50GeVシンクロトロンを主とする陽子加速器施設。J-PARCはKEKと JAEAの協力により建設され、原子核物理学、素粒子物理学、ミューオン科学、中性子科学、加速器駆動システム（ADS）、その他幅広い用途に利用されています。
KEKデジタル加速器（KEK-DA）は、2006年に閉鎖されたKEK 500MeVブースター陽子シンクロトロンの改修です。既存の40MeVドリフトチューブ線形加速器と高周波加速空洞は、それぞれ200kV高電圧ターミナルセルと誘導加速セルに組み込まれた電子サイクロトロン共鳴（ECR）イオン源に置き換えられました。DAは原理的に、あらゆる電荷状態のあらゆるイオン種を加速することができます。^{[ 5 ]}

シャットダウンコンプレックス

陽子シンクロトロン（PS）：陽子を12GeVまで加速する加速器複合施設。PSは主に750keV前置加速器、40MeV線形加速器、500MeVブースターシンクロトロン、および12GeV主リングで構成されていた。PSは原子核物理学および素粒子物理学の研究に利用されていた。また、PSはKEK - K2K実験のために、KEKのニュートリノビームラインに12GeV陽子ビームを供給していた。PSは1976年に設計エネルギー8GeVを達成した。PSは2007年に閉鎖された。
ニュートリノビームライン： KEKから約250km離れたスーパーカミオカンデにニュートリノを打ち込むビームラインで、 1999年から2004年までK2Kと呼ばれるニュートリノ振動実験が行われていました。2009年からはJ-PARCを使用して Tokai to Kamioka ( T2K )と呼ばれるニュートリノ振動実験が行われています。
TRISTAN：電子陽電子衝突型加速器は1987年から1995年まで運転されました。主な目的はトップクォークの検出でした。電子と陽電子のエネルギーは30 GeVでした。TRISTANにはTOPAZ、VENUS、AMYの3つの検出器がありました。KEKBはTRISTANのトンネルを利用して建設されました。

ランニングと今後の計画

SuperKEKB : 7 GeV 電子蓄積リングと 4 GeV 陽電子蓄積リングから構成される電子陽電子衝突型加速器。ビーム電流の増加、ビームを相互作用点に収束させること、および電磁ビーム間相互作用を小さくすることで、より高いルミノシティを実現します。目標ルミノシティは 8×10 ³⁵ cm ⁻² s ⁻¹に設定されており、KEKB の当初の設計値の約 60 倍です。SuperKEKB はナノビーム方式を採用しています。KEK はナノスケールの陽電子ビームを生成するために新しいダンピングリングを建設します。2010 年 10 月、日本政府は正式に SuperKEKB プロジェクトを承認し、2010 年 6 月には 2010 年から 2012 年にかけての超先端研究支援プログラムの初期予算として 1 億ドル (100 円 = 1 ドル) が割り当てられました。このプログラムの総予算は約3億1500万ドル（100円＝1ドル）です。アップグレードは完了し、2018年には最初の衝突実験が実施されました。最高輝度は2021年に達成される予定です。Belle II実験は SuperKEKB加速器を用いて実施されます。
コンパクトエネルギー回収型線形加速器（cERL）：将来のシンクロトロン光源のための試験加速器であるエネルギー回収型線形加速器（ERL）です。cERLは、ビーム実験を通してERLにおける加速器物理の不確実性を研究します。cERLのビームコミッショニングは、2013年から35MeV電子ビームを用いて開始される予定です。KEKは、cERL実験の後、超高輝度・超短パルスシンクロトロン光を提供する5GeV ERLを建設する計画を立てています。
国際リニアコライダー（ILC）：全長約31キロメートルの超伝導空洞と、電子・陽電子用の2つのダンピングリング（周長6.7キロメートル）で構成される、将来の電子・陽電子リニアコライダー。電子と陽電子のエネルギーは最大500 GeVで、1 TeVまでアップグレードできる。世界中の約300の研究所と大学がILCに関与しており、700人以上が加速器設計に、さらに900人が検出器開発に携わっている。加速器設計はグローバル・デザイン・エフォート（GDE）が、物理と検出器の開発はワールド・ワイド・スタディ（WWS）が調整している。^{[ 6 ]}

コンピューター

高エネルギー加速器研究機構（KEK）には国内最速クラスの計算機があり、KEKの計算科学研究センターが計算機システムの管理を行っている。日立製のスーパーコンピュータSR16000の理論演算性能は46TFLOPSである。IBM製のスーパーコンピュータBlue Gene Solutionの理論演算性能は57.3TFLOPSである。これらのスーパーコンピュータは主に量子色力学や数値加速器物理の研究に利用されていたが、将来的に次期スーパーコンピュータを導入するために運用を停止している。計算科学研究センターは、KEKCC、Bファクトリー計算機システム、シンクロトロン光計算機システムなどの他の計算機システムも管理している。^[⁷^]

KEKは1992年9月30日に日本で最初のウェブサイトをホストしました。オリジナルのウェブサイトは今でも見ることができます。^{[ 8 ]}

参照

参考文献

^ ^a ^b「歴史」 . KEK . 2016年8月12日閲覧。
^各種データKEK . 2016年8月12日閲覧。
^ 「2016年3月2日 - KEK：SuperKEKB電子・陽電子リングにおけるビームの初回転と保管に成功」 www.interactions.org 2016年3月 2016年8月10日閲覧。
^ 「KEK地上報告：SuperKEKB加速器で初めて電子と陽電子が衝突」 2018年4月26日。 2018年5月29日閲覧。
^ T. Iwashita; et al. (2011). 「KEKデジタル加速器」 . Physical Review Special Topics: Accelerators and Beams . 14 (7) 071301. Bibcode : 2011PhRvS..14g1301I . doi : 10.1103/PhysRevSTAB.14.071301 .
^ ILC-事実と数字
^ KEK コンピューティング研究センター
^日本初のウェブサイト（日本語）

外部リンク

[history-1] 「歴史」 . KEK . 2016年8月12日閲覧。

[2] 各種データKEK . 2016年8月12日閲覧。

[3] 「2016年3月2日 - KEK：SuperKEKB電子・陽電子リングにおけるビームの初回転と保管に成功」 www.interactions.org 2016年3月 2016年8月10日閲覧。

[4] 「KEK地上報告：SuperKEKB加速器で初めて電子と陽電子が衝突」 2018年4月26日。 2018年5月29日閲覧。

[5] T. Iwashita; et al. (2011). 「KEKデジタル加速器」 . Physical Review Special Topics: Accelerators and Beams . 14 (7) 071301. Bibcode : 2011PhRvS..14g1301I . doi : 10.1103/PhysRevSTAB.14.071301 .

[6] ILC-事実と数字

[7] KEK コンピューティング研究センター

[8] 日本初のウェブサイト（日本語）

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