国際リニアコライダー
技術設計報告書の加速器設計に基づく計画中のILCの概要図

国際リニアコライダー（ILC）は、計画中の線形粒子加速器です。[ 1 ]当初の衝突エネルギーは500  GeVで、将来的には1000 GeV（1 TeV）までアップグレードできる可能性があります。ILCの建設地として当初提案されたのは日本、欧州（CERN）、米国（フェルミ国立加速器研究所）でしたが、[ 2 ] 2013年以降、岩手県北上高地がILCの設計の中心となっています。[ 3 ] ILCの検出器研究コーディネーターによると、日本政府は費用の半額を負担する意向です。[ 4 ]

ILCは電子と陽電子を衝突させる。長さは30～50km（19～31マイル）で、現存する最長線形粒子加速器である50GeVスタンフォード線形加速器の10倍以上となる。この提案は、欧州、米国、日本による過去の同様の提案に基づいている。

段階的なアプローチでは、ILCは最初に250 GeVで建設され、ヒッグスファクトリーとして利用される可能性があります。[ 5 ] このような設計では、長さは約20 kmになります。

代替プロジェクトとして、コンパクト・リニアコライダー（CLIC）の研究も進行中です。これは、ILCと同等の長さの装置で、より高いエネルギー（最大3 TeV）で運転するものです。CLICとILCの2つのプロジェクトは、リニアコライダー・コラボレーション（ LCC）の下に統合されています。[ 6 ]

背景：線形加速器とシンクロトロン

加速器には2つの基本的な形状があります。線形加速器（「ライナック」）は、素粒子を直線経路に沿って加速します。テバトロン、LEP、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）などの円形加速器（「シンクロトロン」）は、円形経路を使用します。円形形状は、数十GeVまでのエネルギーにおいて大きな利点があります。円形設計では、粒子をより長い距離にわたって効果的に加速できます。また、衝突経路に運ばれた粒子のうち、実際に衝突するのはごく一部です。線形加速器では残りの粒子は失われますが、リング加速器では、残りの粒子は循環し続け、将来の衝突に利用できます。円形加速器の欠点は、曲がった経路に沿って移動する荷電粒子が、シンクロトロン放射と呼ばれる電磁放射を必然的に放出することです。シンクロトロン放射によるエネルギー損失は、対象となる粒子の質量の4乗に反比例します。だからこそ、陽子や鉛原子核を加速するためのLHCのようなハドロン衝突型加速器のような、重い粒子を加速するための円形加速器を建設することが理にかなっているのです。同じサイズの電子陽電子衝突型加速器では、同じ衝突エネルギーを達成することは決してできません。実際、現在LHCに使用されているトンネルをかつて占めていたLEPのエネルギーは、シンクロトロン放射によるエネルギー損失によって209 GeVに制限されていました。

LHCの衝突エネルギーはILCの衝突エネルギー（  LHC： 14,000 GeV [ 7 ]、ILC：約500 GeV）よりも高いものの、ILCではより正確な測定が可能です。電子と陽電子の衝突は、エネルギーがバリオン粒子を構成するクォーク、反クォーク、グルーオンに分配される衝突よりも解析がはるかに容易です。したがって、ILCの役割の一つは、LHCで発見された粒子の特性を精密に測定することにあります。

ILCの物理と検出器

提案されているILCにおける実験によって、現在の標準モデルで記述されているものを超える物理効果が検出されることが広く期待されています。[ 8 ]さらに、標準モデルで記述されている粒子や相互作用が発見・測定されることが期待されています。物理学者たちはILCにおいて、以下のことを実現できることを期待しています。

これらの目標を達成するには、新世代の粒子検出器が必要です。

地域提案を世界規模のプロジェクトに統合

2004年8月、国際技術勧告パネル（ITRP）は加速器に超伝導無線周波数技術を勧告した[ 9 ]。この決定を受けて、3つの既存のリニアコライダープロジェクト、すなわち次世代リニアコライダー（NLC）、グローバルリニアコライダー（GLC）、テラ電子ボルトエネルギー超伝導リニア加速器（TESLA）が1つのプロジェクト（ILC）に統合された。2005年3月、国際純粋応用物理学連合のワーキンググループである将来加速器に関する国際委員会（ICFA）は、1997年から2005年までカリフォルニア工科大学のLIGO研究所所長を務めたバリー・バリッシュ教授をグローバル設計活動（GDE）のディレクターに任命すると発表した。2007年8月、ILCの参照設計報告書が発表された。[ 10 ] GDEに取り組んでいる物理学者たちは、詳細なILC設計報告書を完成させ、2013年6月に出版した。 [ 6 ]

デザイン

ILCの電子源は、2ナノ秒のレーザー光パルスを用いて光電陰極から電子を放出します。この技術により、電子の最大80%を偏極させることができます。その後、電子は370メートルの線形加速器ステージで5GeVまで加速されます。高エネルギー電子からのシンクロトロン放射は、チタン合金ターゲット上で最大60%の偏極率を持つ電子-陽電子対を生成します。これらの衝突で生成された陽電子は収集され、別の線形加速器で5GeVまで加速されます。

5 GeV の電子および陽電子の束を衝突に利用できる程度に小さく圧縮するため、これらの束は円周 3.24 km の一対の減衰リング内で 0.1～0.2 秒間循環し、長さ 6 mm、垂直エミッタンス 2 pm、水平エミッタンス0.6 nm に縮小されます。

ダンピングリングから放出された粒子バンチは、それぞれ長さ11kmの超伝導高周波主線形加速器に送られ、そこで250GeVまで加速されます。このエネルギーでは、各ビームの平均出力は約5.3メガワットになります。毎秒5本のバンチ列が生成され、加速されます。

加速後、妥当な時間枠内で結果を得るために十分な光度を維持するため、粒子群は高さ数ナノメートル、幅数百ナノメートルに集束されます。集束された粒子群は、2つの大型粒子検出器のいずれかで衝突されます。

  • 主線形加速器で使用されるニオブベースの1.3GHz 9セル超伝導高周波空洞[11]
    主線形加速器で使用されるニオブベースの1.3GHz 9セル超伝導高周波空洞[ 11 ]
  • ニオブ超伝導無線周波数空洞の内部
    ニオブ超伝導無線周波数空洞の内部
  • フェルミ国立加速器研究所で試験中のクライオモジュール
    フェルミ国立加速器研究所で試験中のクライオモジュール
  • クライオモジュールの断面図。中央の太い管はヘリウムガス戻り管で、その下の閉じた管はビーム軸です。
    クライオモジュールの断面図。中央の太い管はヘリウムガス戻り管で、その下の閉じた管はビーム軸です。
  • クライオモジュールのフランジは、計装用のワイヤとケーブルを接続するために使用されます。
    クライオモジュールのフランジは、計装用のワイヤとケーブルを接続するために使用されます。

提案されたサイト

当初、国際リニアコライダーの建設予定地としては、欧州の高エネルギー物理学センターにある3カ所が有力候補だった。[ 12 ]ジュネーブの欧州原子核研究機構（CERN）のトンネルは不透水性の岩盤の地下深くに位置している。この場所はいくつかの実際的な理由から好ましい場所と考えられていたが、LHCがあるため好ましくなかった。ハンブルクのドイツ国立陽子加速器研究所（DESY）のトンネルは地表近くで、水で飽和した土壌にある。ドイツは科学研究費の面で欧州をリードしており、そのため資金面でも信頼できると考えられていた。ドゥブナの国際リニアコライダー（JINR）のトンネルは地表近くで、不透水性の土壌にある。ドゥブナには加速器前施設があり、ILCのニーズに合わせて簡単に改造できたはずだ。しかし、3カ所ともリニアコライダーを収容するのに多かれ少なかれ適しており、欧州での建設予定地選定プロセスにおいては十分な選択肢があった。

ヨーロッパ以外では、多くの国が関心を示した。日本はT2K実験などのニュートリノ研究に多額の資金提供を受けており、これは日本にとって不利な要因である。ただし、国内にはすでに水力発電所（例えば神流川水力発電所）用のアクセストンネルを備えた巨大な空洞が20箇所建設されている。テバトロンの閉鎖後、米国のいくつかのグループが関心を示しており、フェルミ国立加速器研究所は既に施設と専門家が揃っていることから有力な候補地だった。他国からの関心の憶測の多くは科学界内部の伝聞であり、公式に発表された事実はごくわずかだった。上記の情報は、CERNで開催された2010年国際リニアコライダーワークショップ（ECFA-CLIC-ILC合同会議）で発表された内容を要約したものである。[ 13 ]

2008年の経済危機により、米国と英国は国際リニアコライダー計画への資金提供を削減し、[ 14 ]日本が国際リニアコライダーの最も有力な誘致国としての地位を確立した。[ 15 ] 2013年8月23日、日本の高エネルギー物理学コミュニティの立地評価委員会は、岩手県と宮城県の北上山地に建設することを提案した。[ 16 ] 2019年3月7日現在、日本政府は、提案されている費用が約70億ドルと高額であるため、国際リニアコライダーの建設を支援する準備ができていないことを表明している。この決定は、日本学術会議の意見も一部反映したものである。日本政府は、この計画の資金調達のため、他国からの資金援助を求めた。[ 17 ]

2022年、日本のILC計画は文部科学省（MEXT）の専門委員会によって「棚上げ」された[ 18 ]。国際的な支援が不十分になる可能性があることや、ILCと物理学の目標が重複している欧州原子核研究機構（CERN）の将来円形衝突型加速器（Future Circular Collider）の提案など、いくつかの理由が挙げられた。

2024年3月、「ILC推進議員連盟」は「ILC計画の進捗状況と関係機関の取り組みに関する報告」を受けるため会合を開いた。[ 19 ]国会議員、政府機関、研究者、企業など50名が参加し、プロジェクトの進捗状況の報告を受けた。参加者はILCの将来について議論した。[ 19 ]会合では、以下の3つの提言がなされた。

1. ILC計画は、研究者、産業界、候補地推進団体、関係省庁、国会議員その他の政治団体が一体となって、オールジャパンの枠組みで推進されます。

2. ILC計画については、国際協力を研究者コミュニティを巻き込んだグローバルな取り組みとしてさらに強化します。これは、ICFAの下に設置された国際推進組織であるILC国際開発チーム（IDT）と国内研究者コミュニティとの緊密な協力を通じて実現されます。

3. 文部科学省は、グローバル加速器プログラムの実現に向け、国際的な研究コミュニティとの連携において積極的な役割を果たすべきである。この連携においては、内閣府をはじめとする関係省庁と連携し、「将来高性能加速器に関する連絡会議」の枠組みを活用するべきである。

—ILC推進議員連盟、国際リニアコライダー計画の推進に関する提言[ 20 ]

2024年12月、ILCは日本学術会議（SCJ）の承認を得て、長年の保留に終止符を打ち、文部科学省（MEXT）が国家科学ロードマップの策定を進めることができるようになり、日本における重要なハードルをクリアしました。「SCJの承認プロセスは終了し、文部科学省は前進することができます」と、リニアコライダー共同研究（LCC）の村山斉副センター長は、この節目に関する初期の議論の中で述べました。[ 21 ]

この進展は、日本の高エネルギー物理学コミュニティから文部科学省へのロビー活動の強化を伴っている[ 22 ] [ 23 ]（ILC-JapanおよびKEKを通じて）で、決定を最終決定する前に国際的な資金提供に関するより強いコミットメントの必要性を強調し、少なくとも50％の海外からの拠出（フランス、ドイツ、英国、米国との正式な協議開始を含む）が求められている。提案されている場所は、東北地方の活性化の可能性を象徴する岩手県と宮城県の北上高地のままであるが[ 24 ] 、佐賀県唐津市などの地域でも地上調査が実施されている。世界的には、ILCの展望は、リニアコライダービジョン（LCビジョン）などのイニシアチブを通じて進化し続けており、進行中のエンジニアリング研究では、国際的な取り組みを調整するためのプレラボフェーズが提唱されている。[ 25 ]

料金

参照設計報告書では、研究開発費、試作、土地収用費、地下利用権取得費、検出器、予備費、インフレを除いたILC建設費を67億5,000万米ドル[ 26 ]（2007年価格）と見積もっています。正式なプロジェクト承認から加速器施設と検出器の完成までには7年かかると見込まれています。ホスト国は、トンネルや立坑の掘削、水道・電力供給といったサイト固有の費用として18億米ドルを支払う必要があります。

元米国エネルギー長官スティーブン・チュー氏は、総費用を250億ドルと見積もった。ILC所長のバリッシュ氏は、これは過大評価である可能性が高いと述べた。他のエネルギー省当局者は、総額200億ドルと見積もっている。[ 27 ]バリッシュ氏は、2013年のILC設計報告書の完成後、ILC建設費用は2012年の米ドル換算で77億8000万ドルに相当すると述べ、「2260万時間の労働時間と、敷地準備、科学検出器、施設運営など、立地条件に応じた費用が必要になる」と付け加えた。[ 28 ]

注記

  1. ^ 「国際リニアコライダー - 量子宇宙へのゲートウェイ」 ILCコミュニティ。2007年10月18日。2009年3月2日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2009年5月21日閲覧。
  2. ^ハミッシュ・ジョンストン. 「国際リニアコライダーはどこに建設されるべきか？」 physicsworld.com . 2012年8月2日閲覧。
  3. ^ 「ILC - プロジェクトの現状」 www.linearcollider.org . 2016年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年12月14日閲覧。
  4. ^ 「フランソワ・リシャール氏、新型粒子加速器ILCは2026年までに完成しない見込み」（スペイン語） 2012年6月11日。2012年7月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年8月2日閲覧。
  5. ^リスト、ジェニー（2021年1月28日）「ILC：ヒッグスを超えて」 CERNクーリエ。 2022年4月26日閲覧。
  6. ^ a b「LCC - リニアコライダーコラボレーション」www.linearcollider.org . 2016年12月14日閲覧。
  7. ^実際の衝突は陽子の構成要素であるクォーク、反クォーク、グルーオンの間で起こるため、衝突の有効エネルギーは 14,000 GeV より低くなりますが、それでも 500 GeV よりは高くなります。LHC での典型的な衝突は、ILC での典型的な衝突よりもエネルギーが高くなります。
  8. ^ G. Aarons; et al. (2007),国際リニアコライダー基準設計報告書 第2巻: ILCの物理学(PDF) , arXiv : 0709.1893 , Bibcode : 2007arXiv0709.1893D
  9. ^ 「最終国際技術勧告パネル報告書」（PDF） . ICFA（国際将来加速器委員会）. 2004年. 2012年11月19日閲覧。
  10. ^ 「ILCリファレンスデザインレポート」 ILCグローバルデザイン活動と世界規模の調査。2007年8月。2008年12月18日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2009年5月21日閲覧。
  11. ^国際リニアコライダー技術設計報告書2013年。国際リニアコライダー。2013年。 2015年8月14日閲覧。
  12. ^ Wilhelm Bialowons、John Andrew Osborne、Grigori Shirkov (2010年3月31日). 「欧州ILCサイトの立地調査」(PDF) . ILC-HiGrade-Report-2010-004-1.
  13. ^ 「International Workshop on Linear Colliders 2010」 2010年10月22日. 2010年11月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年1月11日閲覧。
  14. ^ハンド, エリック; ブルムフィール, ジェフ (2008年1月9日). 「米英の予算削減後、加速器計画は停滞」 . Nature . 451 (7175): 112– 113. Bibcode : 2008Natur.451..112H . doi : 10.1038/451112a . PMID 18185548 . 
  15. ^ Brumfiel, Geoff (2012年12月14日). 「日本、粒子加速器のホスト国として最有力候補」 . Nature . doi : 10.1038/nature.2012.12047 . S2CID 124158663 . 
  16. ^ Kelen Tuttle、Kathryn Jepsen (2013年8月23日). 「日本、リニアコライダーの候補地を選定」 Symmetry Magazine . Fermilab . 2013年8月23日閲覧。
  17. ^ガリスト、ダニエル. 「日本、次世代大型粒子加速器の誘致決定を延期」 .サイエンティフィック・アメリカン. 2019年3月14日閲覧。
  18. ^マイケル・バンクス (2022年3月1日). 「パネルは物理学者に対し、日本が国際リニアコライダーを主催するという構想を『棚上げ』するよう求める」 . Physics World, IOP Publishing.
  19. ^ a b高橋里佳. 「国会議員連盟、ILC推進を決議｜ILCニュースライン」 . 2024年10月24日閲覧。
  20. ^ 「国際リニアコライダー計画の推進に関する勧告」（PDF） 2024年3月21日。
  21. ^ガリスト、ダン. 「日本、次世代大型粒子加速器の誘致計画を着実に前進」 .サイエンティフィック・アメリカン. 2025年11月21日閲覧。
  22. ^ "INSPIRE" . inspirehep.net . 2025年11月21日閲覧。
  23. ^ cern (2022年5月2日). 「報告書は日本におけるILC建設の妥当性を評価する」 . CERN Courier . 2025年11月21日閲覧。
  24. ^ 「日本でILCを開発することの価値と将来性」（PDF） ILVガイドラインシリーズ7. 2025年11月20日閲覧。
  25. ^ Abe, Y.; et al. (2025). 「国際リニアコライダーの現状」arXiv : 2505.11292v1 [ hep-ex ].
  26. ^オーバーバイ、デニス (2007年2月8日). 「物理学における次なる大物の価格：67億ドル」 . NYTimes . 2010年5月5日閲覧。
  27. ^ 「チュー氏、ILCのコストを250億ドルと予想」 ScienceInsider、2009年。2010年1月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  28. ^ Tuttle, Ken (2013年2月22日). 「リニアコライダー計画が前進」 . symmetry magazine . 2017年3月8日閲覧。
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