高エネルギー重イオン衝突実験によるクォーク・グルーオン・プラズマ相の解明
三明康郎（筑波大学 数理物質系長）
秋葉康之（理研仁科センター）、江角晋一（筑波大）、郡司卓 （東大CNS）、
志垣賢太（広島大）、杉立徹（広島大）、中條達也（筑波大）、浜垣秀樹（東大CNS）
他

核物理将来計画・高エネルギー重イオンWGメンバー

素粒子物理・原子核物理分野の「大型施設計画・大規模研究計画マスタープラン」に関するシンポジウム（２０１３年２月８日、乃木坂）1内容
1.イントロダクション
2.これまでに分かったこと、日本グループの貢献
3.今後の研究展開
4.研究概要、研究計画
5.まとめ
2

１. イントロダクション

クォーク・グルーオン・プラズマとは？

•ハドロンに閉じ込められていたクォークやグルーオンが高温高密度下で解放された状態••

物質の存在の仕方として未知、かつ新たな状態

格子 QCD 計算:••

臨界温度 Tc = 150-200 MeV,
ハドロン相からパートン相（QGP）へクロスオーバーを予言

クォーク・
グルーオン・
プラズマ（QGP）
時間：ビックバンから数μ秒後
温度：２兆度 K
エネルギー密度：> 1 GeV/fm3

5スイス・欧州共同原子核研究機構 (CERN)

米国・ブルックヘブン国立研究所 (BNL)

LHC 加速器 (2009-), 周長 27 km

RHIC 加速器 (2000-), 周長 3.8 km√sNN = 2.76, 5.5 TeV Pb-Pb√sNN = 10-200 GeV Au+Au

高エネルギー重イオン実験の２大拠点

２. これまでに分かったこと、
日本グループの貢献

1

1

t non-perturbatively into a set of final-state hadrons. The characteristiccolli1010
ed spray of hadrons resulting from the fragmentation of an outgoing
partonis10
1010
ed a “jet”.
10
10（パートンのQGP中でのエネルギー損失）
10
-5

-7

-6

-8

-7

（１）ジェットクエンチング
-9

-8

-10

10-11
0

10-9
2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

T
”hot/dense
QCDmedium”=”QCD
vacuum”
Nbinary· dnpp(right)/dpT dyFig. 15. Invariant + yields measured
by PHENIX
in peripheral (left)
and centralp (GeV/c)

RAA=
0p (GeV/c)
T T dydnAA /dp

AuAu collisions (squares) [89], compared to the (TAA -scaled) pp → +0 + X cross section (circles) [134] and to a NLO pQCD calculation (curves and yellow band) [119].

RAA

Au+Au - 200 GeV (central collisions):
Direct 2 , 2 * [PHENIX]
Inclusive h± [STAR]+0 [PHENIX]. [PHENIX]g
GLV energy loss (dN /dy = 1400)

10Ncoll scaling

1

10-1

Npart scaling

0

2

4

6

8

10

12

14

16
18
20
p (GeV/c)T

Fig. 16. RAA (pT ) measured in central AuAu at 200 GeV for +0 [89] and . [135] mesons,chargedhadrons[114], scatand direct photons [136, 137] compared to theoretical predictions for
2. “Jet quenching” in a head-on nucleus-nucleus collision. Two quarks
suffera hardparton energy loss in a dense medium with dN g /dy = 1400 (yellow curve) [138].

✓ １）高運動量粒子の減少

g: one goes out directly to the vacuum, radiates a few gluons and hadronises, the other
低エネルギー衝突では見られない
through the dense •･plasma
created (characterised by transport coefficient q̂, gluon density
RHIC energies is very
/dy and temperature T ), suffers energy loss due to medium-inducedtopgluonstrahlung
andclose to the “participant scaling”, (Npart /2)/Ncoll ≈ 0.17,
expected in the strong quenching limit where only hadrons coming from partons✓ ２）相反ジェットの消失
ly fragments outside
into a (quenched) jet.
produced at the surface of the medium show no final-state modifications in theirspectra [141]. From the R one can approximately obtain the fraction of energy✓ エネルギー損失〜数GGeeVV//ffmm
lost, ! = &p /p , via,(36)
One of the first proposed“smoking guns” of QGP formation was “jet quench- ! ≈ 1 − R•･ ハドロンガスではかんがえられない
pedestal and flow
when the
AuAu and frompp invariant spectra are both a power-law with exponent n, i.e.
[6] i.e. the attenuation or disappearance of the spray of hadrons
resulting→QQGGPP生成の証拠のひとつ
dN/dplasmap # p pro[142]. At RHIC (n ≈ 8, R ≈ 0.2), one finds ! ≈ 0.2.
fragmentation of •･a parton
having suffered energy loss in the1/p
dense
AA

T

loss

T

loss

T

T

−n
T

1/(n−2)
AA

AA

loss

The high-pT AuAu suppression can be well reproduced by parton energy loss
ed in the reaction (Fig. 2). The energy lost by a particle in amodels
medium,&E, prothat assume
the formation of a very dense system with initial gluon rag
piditydN both/dy ≈ 1400 (yellow line in Fig. 16) [138], transport coeffis fundamental information on its properties. In a general way,
&Edensities
depends

Energy losses in QEDQQEEDD  の場合、

As an illustrative example, we show in Fig. 4 the stopping power of muons in copper. At low and high energies, the collisional (aka “Bethe-Bloch”) and the radiative
energy losses dominate respectively.

Stopping power [MeV cm2/g]

Energy loss of charged particle in a matter

CCoolllliissiioonnaall✓BBeetthhee--BBlloocchh
Bremsstrahlungµ+ on Cu
µ3

10LindhardScharff

100

Bethe-Bloch

RRaaddiiaattiivvee✓BBeetthhee--HHeeiittlleerr((tthhiinn;;  LL<<<<λ))✓LLaannddaauu-PPoommeerraanncchhuukk-MMiiggddaall((tthhiicckk;;  LL>>>>λ))Radiative

AndersonZiegler

Eµc
Minimum
ionization

NuclearlossesRadiative
lossesRadiative
effects
reach 1%

Without 0
1
0.001

0.01

0.1

1

10

0.1

1

10

100

1

[MeV/c]

12

100

1000

10 4

10 5

10 6

10

100

1

10

100

[GeV/c]Muon momentum[TeV/c]✓Fig. 4. Stopping
power, −dE/dl, for positive muons in copper as a function of 12 = p/Mc (orddEE//ddxx  測定→物性を決定
momentum p). The solid curve indicates the total stopping power [15].

• QQEEDDプラズマ中でのエネルギー損失  →  TT  &&  mmDD  を与える
9Yet, the hot and dense plasma environment that one encounters in “jet quench-

(q = CA /CF (g ≈ 1 fm, where CA /CF = 9/4 is the ratio of gluon-to-quark colour
factors). The transport coefficient is therefore q̂ # m2D /(g # 2.2 GeV2 /fm. Notethat such a numerical value has been obtained with a LO expression in 's forthe parton-medium cross section. Higher-order scatterings (often encoded in a
David d’Enterria“K-factor” ≈ 2 – 4) could well result in much larger values of q̂.
theusdiffusionD, characterising
the dynamics of heavy non-relativistic
a numerical QCD example•3, letconsiderconstantan equilibrated
gluon plasma
particlesM andv) traversingthe
the plasma, is connected, via the EinT = 0.4 GeV and a strong coupling's ≈(mass
0.5 [10].
Atspeedthis temperature,stein2 relations
ticle (energy) density is )g = 16/+,(3) · T 3 ≈ 15 fm−3 (!g = 8+2 /15 · T 4
2
D()
= =2T
/-fm=−3T)./(M .D )(3)
7 GeV/fm3 ), i.e. 100 times denser than normal nuclear matter
0.15
1/2 T ≈ 1 GeV. The LOleading order (LO), the Debye mass
is
m
=
(4+'
)
D
s
to the momentum diffusion coefficient - – the average momentum squared gained
on-gluon cross section is *gg # 9+'2s /(2m2D ) ≈ 1.5 mb. The gluon mean freeby the particle per unit-time (related to the transport coefficient as - ≈ q̂ v) – andh in such a medium is (g = 1/()g *gg ) # 0.45 fm (the quark mean-free-path is
the momentum drag coefficient .D .
= CA /CF (g ≈ 1 fm, where CA /CF = 9/4 is the ratio of gluon-to-quarkcolourors). The transport coefficient is therefore q̂ # m2D /(g # 2.2 GeV2 /fm. Note
Mechanisms
of in-medium
energysuch a numerical value has2.2been
obtained witha LO expression
inloss's forparton-medium cross section. Higher-order scatterings (often encoded in aInageneral
way,
the
total
energyloss
ofaparticle traversing a medium is the sum offactor” ≈ 2 – 4) could well result in much larger values of q̂.
4collisionaltheandradiativeofterms= &Ecoll + &Erad . Depending on the kinematic
diffusion constant D, characterising
dynamics
heavy: &E
non-relativistic5
a (colour)chargelose energy
a plasma with temperature T mainly byticles (mass M and speed v) region,
traversing
the plasma,is canconnected,
via theinEintwo mechanisms6 .
n relations
D = 2T 2 /- = T /(M .D )(3)

QQGGPPに特徴的なエネルギー損失

E-!E
he momentum diffusion coefficient - – theEaverage momentum
squared gained
he particle per unit-time (related to the transport coefficient as - ≈ q̂ v) – andE
momentum drag coefficient .D .

CCoolllliissiioonnaall

EE-!E

!E

echanisms of in-medium energy loss!E1neral way, the total energy loss of a particle traversing a medium is the sum ofX
nal and radiative terms4 : &E = &Ecoll + &Erad . Depending on the kinematic (medium)a (colour) charge can lose energy5 in a plasma with temperature T mainly by
Fig. 3. Diagrams for collisional (left) and radiative (right) energy losses of a quark of energy
chanisms6 .
E traversing a quark-gluon medium.

E

E-!E

E

!E

RRaaddiiaattiivvee• Collisional energy loss through elastic scatterings with the medium constituents(Fig. 3, left) dominates at low particle momentum. The average energy loss in
!E

E

2

E-!E by powers of ! c # 0.2 GeV fm (other useful equalities:
3 For unit conversion, multiply
10 mb = 1 fm2 , and 1 GeV−2 = 0.389 mb).

X
4 In addition, synchrotron-,Čerenkov- and transition-radiation energy losses can take placerespectively(medium)if the particle interacts with the medium magnetic field, if its velocity is greater
the local
phase
velocityor ifofit energy
crosses suddenly from one medium to another.
Diagrams for collisional (left) and thanradiative(right)energylossesofoflight,
a quarkAlso, plasma instabilities may lead to energy losses. Yet, those effects – studied e.g. in [11,sing a quark-gluon medium.
12, 13, 14] for QCD plasmas – are generally less important in terms of the amount of Eloss .
5 Note that if the energy of the particle is similar to the plasma temperature, E ∼ O(T ), theparticle can also gain energy while traversing it.
lisional energy loss through 6elastic
scatterings
with themediumconstituents
Note thatthe separation
is notso clear-cut
since the diagrams assume well-defined asympg. 3, left) dominates at low particle
momentum.
Theoutgoingaverageenergymay
lossstillin be in the medium and further rescatter.
totic outstates, but theparticles

E

2
S CR q̂ L

ppQQCCDD• グルーオン放射によるエネルギー損失が支配的✓ ddEE//ddxx  測定→物性やJJeett  TToommooggrraapphhyy

unit conversion, multiply by powers of ! c # 0.2 GeV fm (other useful equalities:
b = 1 fm2 , and 1 GeV−2 = 0.389 mb).
dition, synchrotron-, Čerenkov- and transition-radiation energy losses can take place
ctively if the particle interacts with the medium magnetic field, if its velocity is greater
the local phase velocity of light, or if it crosses suddenly from one medium to another.
plasma instabilities may lead to energy losses. Yet, those effects – studied e.g. in [11,3, 14] for QCD plasmas – are generally less important in terms of the amount of Eloss .
that if the energy of the particle is similar to the plasma temperature, E ∼ O(T ), thecle can also gain energy while traversing it.
that the separation is not so clear-cut since the diagrams assume well-defined asympout states, but the outgoing particles may still be in the medium and further rescatter.

• QGPの物性研究にジェット（高エネルギーパートン）は大変有効なプローブ
10（２）方位角異方性PyRe
p l acan tio
e n

Z

変換
Px

座標空間
Y

2

X

運動量空間

p2y p2xv2 = ⇥ 2⇤2
py + px

2

y
x
⇤
=
⇥
ecc
2
2
y +x
hhyyddrrooddyynnaammiiccss  !!

λ

/R

Pz

0 と共に変換効率が高く流体力学に
近づく

/R

0

大きな方位角異方性 v2

方位角異方性/クォーク数

PHENIX PRL 98(2007)162301
Au+Au 200 GeV

横運動エネルギー/クォーク数• 大きな楕円的方位角異方性 (v ) の観測
2-

極めて早い thermalization〜 0.6 fm/c
完全流体! →強結合 QGP の発見
クォーク数 (nq) スケーリング→パートンレベルで異方性が生成about the nature of the new-born universe that will never be accessible via astronomical observation. The formation of protons and neutrons from quark-gluon plasma is likely to be the earliest
scene in the history of the universe that will ever be re-enacted in the laboratory. Each nuclear
collision at RHIC makes a droplet of quark-gluon plasma, exploding in a "little bang" which recreates the transition by which the first protons and neutrons were formed. These experiments allow us to see the essence of the fundamental nuclear force, as described via the theory of
QCD. Although the analysis of the experiments is challenging due to the short lifetime and small
size of these droplets, we have the advantage of billions of little bangs to study as well as a surprising degree of control over their initial conditions.

高次の方位角異方性HigherHarmonics

Figure II-5: Our one universe with its primordial fluctuations (parts per million variations in temperature) as
measured via photons by the WMAP satellite experiment (left) compared to seed fluctuations (corresponding
to 10-15% variations in temperature) in four simulated heavy ion collisions at RHIC (right). The measured
fluctuations bring us knowledge about the quantum fluctuations at the earliest moments of the explosion (bigbang or heavy ion collision) as well as about the material properties of the rippling fluid that ensues. Observations of the glow of the big bang or of heavy ion collisions reveal different and complementary properties of
the trillions-of-degrees-hot matter that filled the microseconds old universe.

重イオン衝突の揺らぎ(η/s) ~ 0.1 ＝ 世界最小の η/s• RHICにおける方位角異方性→比ずれ粘性
Quark-gluon plasma was created in the United States at RHIC, and it was there that we firstlearned of its near-perfect liquid nature. This discovery was the top physics story across all areas→ストリング理論における量子リミット(1/4π) に近い
19• 高次異方性の測定により重イオン衝突の初期条件に制限がかけられるようになってきた（e.g.カラーグラス凝縮 (CGC) など）.

QGP生成の主な証拠と主要論文(RHIC-PHENIX実験)★ PHENIX 実験レビュー論文 (Nucl. Phys. A757, 184-283, (2003)): 引用数 1478.
•

熱光子の観測（秋葉, PRL 104 (2010) 132301, 引用数 188）←超高温物質•

J/ψ 抑制（郡司, PRL 98 (2007) 232301, 引用数 348） ←カラー遮蔽••

高横運動量ハドロン抑制（大山, PRL 88 (2002) 022301, 引用数 690） ←ジェット抑制
大きな方位角異方性、クォーク数スケーリング（江角, PRL 91 (2003) 182301, 引用数491） ←強結合QGP、クォーク再結合•

バリオン生成異常（中條, PRC 69 (2004) 034909, 引用数 552） ←クォーク再結合•

重クォーク抑制と方位角異方性（坂井, PRL 98 (2007) 172301, 引用数 418） ←熱平衡

* 引用数は SPIRES における2013.2.7 現在のもの。名前は日本人で論文作成に主に関わったもの❖

日本グループの貢献

PHENIX 実験コラボレーション（日本グループ）‣

１１国内研究機関（スタッフ４９名、大学院生３７名）‣❖（500 コラボレータ、70 研究機関中）(RHIC-PHENIX実験)

実験遂行

•
•
•
•
❖

初代 PHENIX実験代表：永宮
PHENIX 実験副代表：秋葉（現）Executive 委員：江角（現）、浜垣、他
物理WGコンビナー：志垣、江角、中條、浜垣、小沢、他
検出器建設・運用

•
•
•
•
•
❖
❖
❖

ビーム-ビーム検出器（広島大・杉立）
飛行時間測定器、エアロジェル検出器（筑波大・三明）
リングイメージチェレンコフ検出器（東京大・浜垣）

実験を主導し、強結合衝突点シリコン検出器（理研・秋葉）
PHENIX CC-J データ解析センター（理研）
総論文数 (査読出版のみ)：100 本以上、総引用数：10,000 件以上
日本人博士号取得者： 30 名以上

QGPの発見など、QGPの性質解明に大きく貢献

主な受賞

•
•

日本グループはPHENIX

2011年度仁科記念賞（秋葉）原子核談話会新人賞（郡司 (2009),深尾 (2009), 坂井 (2008), 中條(2005)）
15

LHC加速器による重イオン衝突（２０１０-）と初期成果• 初期温度、 RHIC の 1.4 倍を達成.
• 大きな集団膨張、方位角異方性を確認• 大きなジェット抑制の観測• 励起Υ状態の消滅（高温状態生成の証拠）

•
•

•

•
•

ALICE実験コラボレーション(日本グループ)•

4国内研究機関 (スタッフ 11人、大学院生 15
人)

実験遂行

•
•
•

日本グループの貢献(LHC-ALICE実験)

物理論文管理委員：浜垣講演者選定委員：杉立
低質量電子対物理解析部会共同座長：郡司

検出器建設＆運用•

フォトン検出器 (広島大・杉立（PHOS 副責
任者）)

•
•

ダイジェット検出器(筑波大・三明)
遷移放射検出器、前方カロリメータ検出器、
GEM-TPC（東京大・浜垣）実験開始。近年、検出器データ解析拠点•

Tier 2 センター（＠広島大・責任者

２０１０年より重イオン

杉立）

日本人博士号取得者：１名（＋２名、２０１３
年春取得予定）17増強とデータ解析の両面で貢献を拡大３. 今後の研究展開

初期条件→前平衡→パートン散乱→熱化(QGP)→ハドロン生成→膨張•

衝突初期条件の解明（カラーグラス凝縮？）•

Thermalizationのメカニズム•

QGP物性量(比粘性、輸送係数等)の温度依存性

•

相図の構造

-

QCD critical point の探査 (RHIC)

鍵となる測定量：

String Theory Bound (KSS)pQCD (AMY)hydro+IQCD
Hadron Gas
Lattice QCD (gluodynamics)
semi-QGPQPM (finite µ )BHydro Fit (Niemi et al.)Hydro Fit (Song - a)Hydro Fit (Song - b)

40
35
30
25

What is the teη/s / (1/4π)

η/s / (1/4π)

まだ分かっていないこと

比ずれ粘性 : η/s/(1/4π)

The Physics Case for sPHENIX

40
35
30
25

20

20

15

15

10

10

5
0
0

KSS Bound
0.5

1

1.5

2

2.5

3
3.5
4
Temperature (T/Tc)

5
0
0

0

温度 (T/T )Figure 1.5: (Left) Shear Viscosity divided
by entropycconjectured KSS bound as a function of the reduced tem
for the quark-gluon plasma case. See text for dis
LHClations
Experiments
conjectured
scenarios for the quark-gluon plasma transFull-energy RHIC experimentsbound (as a near perfect fluid) to the weakly coupled cas

more perfect at LHC energy.”

Shown in Figure 1.5 (right panel) are three possible
modification of the medium from the strong to the w
the most rapid change in /s( T ) following the “SongIII has the least rapid change going through the latti
imperative to map out this region in the ‘condensed m
the underlying reason for the change.

The above discussion has focused on /s as the meas
quark-gluon plasma. However, both /s and jet prob
(1) ジェット (high pT)
sensitive to the underlying coupling of the matter, bu
example thebehaviorquark）
of q̂ around the critical tempera(2) より高次の異方性（ 種々のハドロン、フォトン、light quark,
heavy
understanding of the quark-gluon plasma. Hydrod
constrain /s( T ) very precisely, though it will not prov

ジェット測定で分かるQGP物性

5-1C$+(&/8%&V%4$A#&

LHC エネルギー：• RHIC に比べてハードプロセスが支配的• ジェットを基軸とした新たな観測量：• ジェット通過によるQGP媒質応答• 重クォークジェット、ジェット対、光子-ジェット• 失ったエネルギーの再分配、EOS、音速• 重いクォークの強結合系QGPとの相互作用（熱化、相互作用の強さ）→

データ読み出し高速化が必要

RHIC エネルギー：_8%+&41%.&/8%&./-1+()0&<1AI)%4&CA)9&D)1S%-&#1#%+/6#&IG/-"+.$61+&/1&"&G%"9)0&<1AI)%4&I-1C%&D=$(=%-&#1#%+/6#&*T• 既存の装置はジェット測定に特化されてなく、収量や精度の点で、ジェットの直接測定が困難• 2 πカロリメータを設置. High pT 化を図り、RHIC エネルギーでのジェット測定が可能に→

ジェットエネルギー損失の温度依存性

高次異方性 (higher harmonics)で分かる
QGP物性
FFlluuccttuuaattiioonnss  ooff  tthhee  UUnniivveerrssee

FFlluuccttuuaattiioonnss  ooff  LLiittttllee  bbaanngg

AALLIICCEE,,  SSeepp,,

Power spectrum

8th

WMAP
宇宙論パラメータの決定

重イオン衝突衝突初期条件, QGP物性量 (例； η/s)

レアプローブ（種々のハドロン、フォトン、lepton, light quark, heavy quark）の
高次異方性測定により、熱化メカニズム、 衝突初期条件、 QGP物性（粘性等）がわかる→

やはり測定装置の高速化とHigh-pT 化が鍵21

４. 研究概要と計画

研究概要
１）RHIC, LHC での高エネルギー重イオン実験を遂行
２）超高温QCD物質の物性研究を推進• 実験装置の High-pT 化、高速化により、ジェットを基軸とした測定や、レアプ
ローブ（種々のハドロン、フォトン、lepton, light quark, heavy quark）の高次異方性などの測定を可能に.

➡ QGP物性の精密測定、衝突初期条件の決定、早期熱化の謎の解明➡ 広範なエネルギー領域 (√sNN=10 〜 5500GeV) で測定.
• 国内研究拠点を形成、日本主導の研究を展開.

23

RHIC-PHENIX実験 High-pT 化
High-pT 化
ジェット測定強化重クォーク測定強化• 測定器の新規建設
PHENIX → sPHENIX• 日本が建設を主導する検出器：✓ シリコン飛跡検出器✓ プレシャワー検出器
ジェット、重クォーク測定から、RHIC
エネルギーでのQGP中でのエネルギーsPHENIX実験: 総額$20M-30M

損失 (輸送係数)の温度依存性を決定

BNLの内部レビュー終了、DOE-CD0レビューを待つ段階
24

arXiv:1207.6378

LHC-ALICE実験 高速化
ALICE 実験測定器の高速化• 日本グループが担当する検出器：✓GEM-TPC連続読出高速化✓カロリメータ高速化• グリッド計算機 (Tier2) の強化
LHCの高輝度化、Pb-Pb衝突(50kHz)に対応
全衝突事象を記録し、これまでの100倍のデータ取得
ALICE実験高度化: 総額€40M（ATLAS, CMS 実験では不可能）→

LHCCによるendorsement (2012年9月)

高精度測定、レア事象へのアクセスが可能に

物理の目標：
ジェットともに低運動粒子 (PID含)、重クォークや光子やレプトン対の方位角異方性を同時測定→QGP媒質応答、重クォークと強結合系の相互作用（熱化、相互作用の強さ）を決定

25

高エネルギー重イオン研究の国内拠点形成に向けて• 今後も日本が主導的に高エネルギー重イオン物理研究を遂行するためには、国内の研究母体（センター） の設立が不可欠。
案）筑波大学・数理物質系に素粒子・原子核・宇宙分野が連携した「宇宙史・数物連携研究センター（仮称）」を立ち上げ、研究母体を形成。
さらにCERN 研究所など当センターの海外研究拠点を設置。最前線基地として関連研究を推進すると同時に、大学院生や若手研究者を育成。

✓ 大阪大学核物理研究センター(RCNP)、東京大学原子核科学研究センター（CNS）、 理化学研究所等を研究母体とする可能性も26

研究実行組織••

参加研究機関：筑波大学、東京大学、広島大学、理化学研究所
参加人数：50人程度(含学生、2013年現在)

sPHENIX実験建設
秋葉 康之(理化学研究所)、江角 晋一
国内研究推進母体(筑波大学)、志垣 賢太(広島大学)

計画責任者
三明 康郎(筑波大学
数理物質系長)LHC-ALICE実験高度化
郡司 卓(東京大学)、杉立 徹(広島大学)、
最前線研究拠点（例 CERN）

中條 達也(筑波大学)、浜垣 秀樹(東京大学)
27

実施期間・年次計画・予算規模
本研究期間 (H26-H35の10年間)
H26-H30

H31-H35

LHC−ALICE実験•

カロリメーター高速化•

GEM-TPC高速化•

グリッド計算機システム強化
H30年に完成。総額10億円
LHC−ALICE実験/RHIC-(s)PHENIX実験の遂行、運営
遂行/運営費(１億円/年 x 10 年 = 10 億円)
RHIC−sPHENIX実験•

シリコン飛跡検出器R&D, 建設

予算規模

•

前置シャワー検出器R&D, 建設

ALICE実験 高速化:〜10億円

H30年頃に完成。総額10億円

sPHENIX実験 High-pT 化:〜10億円
28

実験運営/遂行費:〜10億円

海外の研究動向• 欧州、米国ともに今後の長期計画を策定中• LHC加速器での重イオン物理• LHCにおける最高エネルギー重イオン衝突の遂行とQCD

White Paper (US)

物質物性の研究(欧州)• NuPECCによるendorsement• RHIC加速器での重イオン物理
RHICの衝突エネルギースキャン実験 (critical point 探索)、
QGP物性の精密化

欧州・米国ともに、QGPの「発見」から「精密研究」に• White Paper (Tribble委員会）

向けた加速器・実験の高度化プランが進行中
29

EEnneerrggyy   “HHoollooggrraapphhyy  aanndd  ccoolllliiddiinngg  ggrraavviittaattiioonnaall  sshhoocckk  
wwaavveess  iinn  aassyymmppttoottiiccaallllyy  AAddSS55”
ddeennssiittyy
PPRRLL110066,,002211660011((22001111))
E/µ4

まとめ
TTiimmeeµv•µz

高エネルギー重イオン衝突による高温高密度QCD物質の研究は、原子核物理分野における最も重要な研究課題の一つ。

•

当研究への日本グループの寄与は大きく、この１０年で高温高密度QCD物質の研究が大きく進展した。

•

欧米の原子核物理コミュニティーでも最優先に位置づけられている研究分野。

•

今後10年、LHC-ALICE実験、及び RHIC-PHENIX実験の両加速器及び測定器両面において大きな改良時期を迎え、さらなる研究進展が期待。

•

これらの新規プロジェクトにリソースを集中し、今後とも日本グループの主導性を担保、当該分野の発展に寄与する。

•

国内研究センター設立ならびに最前線研究拠点をCERNなどに設置、日本主導の高温高密度
QCD物質の研究を展開。

30

BACKUP SLIDES

31

RHIC におけるQGPの発見 (2002-2003)

ジェットククエンチの発見(PHENIX, 2002)

ジェットクエンチ効果が終状態であることを確認(PHENIX, PHOBOS, BRAHMS, STAR, 2003)

RHIC における強結合QGPの発見 (2005)33

４兆度の超高温度達成を確認 (2010)
Grab from my other talk (AAPT)…