1197■ 談話室

CERN Summer Student Programme 体験記
東京大学大学院 理学系研究科

家城 斉
ieki@icepp.s.u-tokyo.ac.jp
2013 年 (平成 25 年) 10 月 22 日

はじめに

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このずれの大きさは TOF によるので, 低温の反水素

私は 2013 年 7 月 1 日から 9 月 6 日までの 10 週間,

CERN Summer Student Programme に参加しました。
CERN には様々な国からたくさんの研究者が集まり, 文化や言語の違いを越えて研究活動が進められています。
このプログラムでは, 最先端の場で実際に研究に参加しながら世界中から集まった学生と交流することができ,大変貴重な経験を得ることができました。以下ではその体験について報告致します。と高い位置分解能を持つ検出器が必要となる1 。その検出器の候補の一つが emulsion detector である。Emulsion

detector は位置分解能が非常に高いが, 低温下で粒子の検出感度が低下することが知られており, 私の projectは emulsion detector の感度の温度依存性を調べることだった。

Emulsion detector は, プラスチックの板に乳剤を塗布したフィルム (写真乾板の一種) を使用しており, フィルムを現像すると荷電粒子の通過した位置を黒い点 (銀の grain) として観測することができる。(図 2) また, 感度と言っているのはこの grain の数密度のことである。

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活動内容

2.1

Work Project

感度の変化は, 図 3 のような装置を使って emulsion film

私は AEgIS(Antihydrogen Experiment: Gravity, In-10GeV pion beam

terferometry, Spectroscopy) という実験グループに参加した。反物質の重力を測定した実験は未だかつてなく,AEgIS は反水素を用いて反物質の重力を測ることを試みている。光を二つの grid に入射すると, 干渉によってスクリーン上に縞模様が映るのが観測できるが, 光を反水素に, スクリーンを検出器に置き換えれば, 縞模様が反水素の重力によって下 (または上) にずれるはずである。AEgIS はこのずれを 1 %以下の精度で求めることを第一段階としている。(図 1)

図 2: Emulsion film を現像, スキャンした画像。エネル
ギー損失から粒子識別も可能である。の温度を調整し, フィルムに線源を照射することによって測定した2 。
私は, フィルム付近に取り付けられた温度センサーを読み出して, ヒーターを調節するためのプログラムをLabVIEW というグラフィック型言語を使って作成した。
図 1: 測定原理

1 反水素の水平方向の速度を 500 m/s, 飛距離を 1 m とすると, このずれは 19.6 m である。
2 OPERA 実験（Oscillation Project with Emulsion-tRackingApparatus）で使用されているフィルムを用いた。

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198とはできなかった3 。
二回目の測定は, センサーを一つ増やしてフィルムの温度を読み出せるように工夫したのだが, 解析の結果,別の問題が出てきてしまい, その原因をつきとめる前に時間切れとなってしまった。私のプログラムは木村さんに引き継がれ, 今後の測定でも使用してもらえることになった。この測定の結果は, AEgIS で emulsion detectorを使えるかどうかを左右する重要なポイントであり, 問題解決まで関わることができなかったことは残念でならなかったが, そのような部分に携らせてもらえたことはとても感慨深かった。

図 3: セットアップ。フィルムは銅のブロックに固定されており, ブロックには温度センサー (T) とヒーター (H)が設置されている。
私の superviser の James さんは, 説明がとても上手な方で, いつも図を交えて細かく指示を出してくださった。ATLAS や CMS といった大規模実験に配属される人が多い中, 私は配属されるまで AEgIS について何も知らなかったので不安になっていたが, たくさんの人に出会い, すぐに私の心配は杞憂だったとわかった。
まずは LabVIEW について一から勉強し, センサーを読み出すプログラムを作った。センサーのプログラムが

図 4: 温度センサーのモニターとヒーターの制御プログ
ラム

できた時点では, 「暑いね, 今日は何度?」などと気温を測るのに使われていたが, ヒーターの電流, 電圧が制御できるようになると, フィルムの温度を自動で制御できるように PID 制御について勉強するようアドバイスをもらった。読み出した温度から PID 制御の原理を使ってヒーターの出力電圧を計算し, 出力するというプログラムができあがると, 実際に測定が始まった。(図 4)AEgIS は Bern 大学と協力して実験を行っており, そこで有賀さんご夫妻と木村さんにお会いした。線源の照射は木村さんと一緒に行い, その後の現像, スキャンは装置が CERN にないため木村さんが Bern に持ち帰ってやってくださった。私はその装置の見学とミーティングに参加するために Bern 大学へ行く機会をいただいた。
有賀さんには学内をあちこち案内していただいたのみな
らず, ご自宅で二度もパーティを開いていただき, 温かく迎え入れてくださったことにとても感激した。
一回目の測定で, 温度と感度の相関を確認することができ, 液体窒素の温度で emulsion film は十分有効であるように思われた。しかし, いくつか測定上の問題も発覚した。温度制御に関して言えば, センサーが銅ブロックに埋め込まれているため, フィルムの温度にきちんと一致しているかどうかは定かでないことが指摘された。
また, ヒーターの電力が弱すぎたため, そのままのセットアップでは私のプログラムを使って温度を調整するこ

2.2

Lecture, Visit

7 月 3 日から 8 月 9 日までの約 6 週間は, 午前中にlecture があった。内容は素粒子物理学の基礎に始まり,検出器や加速器, 統計, データ解析, 医療, 反物質など様々だった。内容をすべてつかむことは難しかったが, ビデオがウェブ上にすぐアップロードされたので, 特に興味深かったものをリスニングの教材として寝る前に何度も聞いていた。
また, visit に応募すると CERN 内の研究施設を見学することができた。Visit には, CMS や ATLAS などの施設を見学できる公式のもののほかに, summer studentが企画したものがあった。しかしそれらとは別に, AEgISの technical student の Olof さんが個人的に CERN 内を自転車であちこち案内してくれたため, AMS や ATLASのコントロールルームなど, より多くの施設を見学することができた。LHCb は公式に見学する機会が設けられていなかったが, summer student の企画を利用して見学することができた。巨大な装置を間近で見れたことに加え, 説明がわかりやすかったこともあって, LHCb のvisit は特に面白かった。
3 温度調整はやむなく手動でドライヤーを使って行った。

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2.3

Poster session

AEgIS には, ポルトガル人の Joao とクロアチア人のIvana が summer student として, さらに中国人の Lu がassistant student として配属されており, 彼らと一緒にAEgIS の実験内容について poster session で発表した。
私は自分の仕事に最も関係の深い検出器部分を担当したのだが, 互いによく理解していなかったところはみんなで調べたり人に尋ねたりして, 質問に答えられるように準備した。AEgIS のメンバーはみな真面目な性格で, 何の話をしていても, 彼らとの会話は考えさせられることが多かった。人に恵まれ, AEgIS に配属されたことは本当に幸運だったと思っている。(図 5)

えてもらったときには, 分量のいい加減さに思わず笑ってしまったのも楽しかった。日本に興味を持っている人は多く, いきなり知っている日本語を何か言われたり, 漢
字は音だけでなく意味を持っているのが面白いと言って名前の意味を聞かれることも何度かあって驚いた。一方で, 誰かに日本のことを質問されてもその人の国のことを尋ねることができず, いかに自分の視野が狭かったかを思い知った。
休日はスイスやフランスに出かけ, 世界遺産であるBern の旧市街や, 少し遠出してパリなどへ行くことができた。すすんで声をかけてきて道を教えてくれた人や切符の買い方を教えてくれた人など, 些細な出会いが嬉しかった。何事も日本にとどまっているばかりではわからないことばかりで, 研究だけでなく出会った人, ものごとすべてが貴重だった。

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今後の抱負, プログラムに望むこと今回の経験で痛感したことは, 語学力とコミュニケーションがいかに重要かということだった。文化や環境の違いに関係なく, 会う人みんなが自分の考えをしっかり持っていて, それを他人に対してはっきり主張している印象を持った。今後はこの 10 週間で感じたこと, 出会ったたくさん人のことを心にとめて, 自分がどうありたいのか日々考え続けていきたい。
図 5: Poster session にて。右から Joao, Ivana, Lu, 私。

このプログラムについては, 身近に過去の参加者が何人かいたため随分前から知っていたが, プログラムに応募している人は同じように研究室の先輩に参加者がいる

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CERN での生活といった場合が多いような気がした。今後, このプログラムがより広く周知されることを期待したい。

平日は, 講義のある期間は午前 9 時から lecture を受け, 午後は 1 時から 7 時くらいまでオフィスか実験室,あるいは AD Hole(Antimatter Deceleration Hole) で作業をした。James さんや Joao, Ivana, Lu のほかにも,装置に関わる技術者や Bern 大学の方々など, 日々多くの人と関わることができて, 調子はどうだとかみんな何かと声をかけてくれたことはとても嬉しかった。AEgISの spokesperson の Michael さんも多忙な合間をぬって今やっていることは面白いか, 楽しんでやっているかということを気にかけてくれた。CERN で働く女性研究者の方と話す機会を何度か設けてくださり, 女性研究者の地位や PhD のことなど, たくさんのアドバイスをもらった。
また, 夜は日付が変わるまでレストランで話していたこともしばしばあったし, UAE 出身の Meera と Kalthamやギリシャ人の友達と一緒に卓球をしたり, お茶や晩ご飯をごちそうになったこともあった。オーストリア人のValentin に Marillenknodel というおかしの作り方を教

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おわりにこのプログラムに参加するにあたり, 本当にたくさんの方々にお世話になりました。多忙な中推薦書を書いてくださり, application form を何度も添削してくださった阪大の山中先生, 参加を勧め, 快く送り出してくださった東大の山下先生, 今回の企画でお世話になった KEKの福田さん, 吉田さん, Summer student team の方々,AEgIS の Michael さん, James さん, Bern 大学の有賀さんご夫妻, 木村さん, 本当にありがとうございました。
貴重な機会を与えていただき, 無事にプログラムを終えることができたことを心から感謝します。
最後に, 同じく日本から参加した安達くん, 関畑くん,山口くん, 山道くん, このメンバーで参加できて楽しかったです。ありがとう。