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■談話室

&(516XPPHU6WXGHQW3URJUDPPH に参加して東京大学理学系研究科物理学専攻修士 1 年

安 達俊 介adachi@icepp.s.u-tokyo.ac.jp
2013 年 10 月 25 日

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はじめに

この夏，私は 7 月 1 日  9 月 6 日の 10 週間にわたって
CERN Summer Student Programme に参加しました。このプログラムは夏に世界中から物理学・工学・情報工学などを専攻する学生が一同に集まり，CERN での研究に携わるとともに講義や実験施設の見学など多彩な活動をするプログラムです。CERN での実際の私の活動内容と CERN での生活について述べます。

活動内容 研究私は CMS のミューオン検出器の R&D や製作を行っている研究室に配属されました。
この研究室では，今までもミューオ ン 検 出 器 と し て 用 い ら れ て き て い る Resistive PlateChamber（RPC）の製作と，次のアップグレードで CMSの前後方に挿入される Gas Electron Multiplier（GEM）の長期間使用での劣化に対する研究および実際のプロトタイプの製作を行っていました。
私はこの研究室で，この新しく CMS に導入される GEM &06 における *(0GEM は先ほど述べたように新しく CMS の前後方の領域に挿入されるミューオン検出器です。今後の LHC のアップグレードに伴うルミノシティの増加によって, 前後方ではさらなる高レートでのデータ取得を必要とするために，CMS
ではこれまで用いられてきた RPC ではなく，高位置分解能で高レートでのデータ取得が可能な GEM を利用することになっています。
具体的には, 図 1 で示されている CMS の I  1.6  2.4 の領域に GEM は挿入されます。
 *(0 の構造と機能GEM は micro strip からなる readout を用いて高位置分解 能 を 出 す こ と の で き る Micro-pattern Gas Detector（MPGD）の一種です。電子の増幅には GEM foil と呼ばれる 50 Nm 厚のカプトンシートを 5 Nm 厚の銅シートではさんだ図 2 のようなシートを用いています。これには 70 Nm の穴が規則的に空いており，両側の銅シート間に電圧をかけることで穴を通る電子を増幅します。

検出器の展示用の実物モデルの設計をおもに行いました。

図 2 GEM foil の電子顕微鏡写真（左図）と GEM foil の断面と電場の模式図（右図）

ミューオンを検出する際の具体的なプロセスとしては，
まず GEM 内部を満たしているガス Ar 45% / CF4 40% /CO2 15% をミューオンが電離させて primary electron と
図 1 アップグレード後の CMS の断面図。上下とエンドキャップの外側の部分は RPC を用いるが，エンドキャップの前方方向（GE1/1と GE2/1 の部分）には GEM を用いる。

positive ion を生成します。図 3 の上側から下側にかけてGEM 内部全体にかかっている電圧によって ion が図 3 で上側にある drift plane に，electron が図 3 の下側にある readout502 

195に drift します。GEM では，drift plane と readout の間に

今回の私の滞在期間中にはエンジニアの他の作業や休暇期GEM foil を挟むことで, ミューオンによるガス分子の電離間が重なってしまったこともあり, 私の滞在中に製作までによって生じた primary electron を約 8000 倍までに増幅しいたりませんでしたが, 帰国後にも指導教官とコンタクトます。一枚の GEM foil の両側の電位差は 400 V，または。
をとり製作していただきました（図 6）

320 V で す 。 厚 さ が 60 Nm し か な い の で 電 場 と し て は80 kV/cm，または 65 kV/cm の大きさの電場がかかります。
CMS で用いる GEM では MPGD で大きく問題視される放電現象を防ぐために 3 枚用いることで 1 枚 1 枚にかかる電圧を小さくしています。

図 6 GEM モデルの完成品。製作過程でいくつか設計を変更した。
図 3 GEM の内部構造とミューオン通過時の過程

 *(0 の設計と制作
 その他の活動
この Summer Student Programme では通常の指導教官のもとでの研究の他に，7 月 3 日  8 月 9 日の午前中に開講された Summer Student のための講義や，CMS 検出器の見学，workshop などの幅広い活動がありました。
講義では，検出器や加速器，統計学といった加速器実験での基礎となる話や，実際の Atlas や CMS での trigger やdata acquisition の実践的な話，Standard Model や SUSY といった理論の話，宇宙論や原子核実験，医療への加速器の応用の話など本当に多岐にわたっていました。 Summer

Student と一口に言っても，実際は素粒子実験を専攻にとっている学生の他に，原子核，素粒子理論，エンジニアリング，コンピュータサイエンスなど様々な分野の学生が参加
図 4 GEM 全体構造

私の仕事は，展示用の GEM の設計でした。図 4 から分drift
かるように GEM は GEM foil 3 枚を用いるだけでなく，plane，readout，上下の shielding，またそれらを支えるた
めの frame といった多くの

私はこの様々な分野の講義のなかでも，Beyond Standard

Model の余剰次元に関する話に関心をもちました。実際理論を厳密に扱うのは難しいかもしれませんが，イメージを持ちやすいよう説明していました層からできており，完成しのでとても興味をもてたものを外から見ても中のました。

構造や仕組みがわかりにく

今年は LHC が運転い構造となっています。そを停止していますので，のため，展示用の設計をす

CMS 検出器の見学でる際に内部構造が見えるは幸運にも実際の CMSようにデザインしました。の地下にある検出器の様々なデザインの GEM をそばまで見学に行くこ作った中から図 5 のデザイとができました。さらンを選び 3D-CAD を用いて設計しました。

しているので，そのために講義も多岐にわたっていました。

図 5 GEM モデルの 3D-CADに，アップグレード中

図 7 CMS 検出器の RPC が敷き詰められたエンドキャップ

196 503ということもあり，detector の中央部とエンドキャップが本で出会うことのできる人やその行動というものが世界の切り離されており，中の構造まで直接見ることができまし

中では特別なごく限られたものだと感じました。そのため，。
た（図 7）

やはりこのプログラムの中でも世界の人々と協力していく

Workshop では Si 検出器の研究室に訪問し，実際どのよのにコミュニケーションのとり方が容易でないことを感じうな研究が行われているのかを学びました。この研究室でましたし，そういう点でも今まで経験したことのない貴重は，CMS の内部飛跡検出用ピクセル検出器に用いられていな体験をすることができました。

る Si 検出器の R&D が行われていました。この研究室で行今は小規模実験を通じて素粒子実験の基礎を学んでいる

われている Si ダイオードの I-V 特性と Capacitance-V 特性

ところですが，この Summer Student Programme の経験をの測定から空乏層の厚さと空乏層での空間電荷密度を求め活かすとともにこれからも多様な人々との関わりというのました。内部飛跡検出器の研究においてどのような課題がを大事にして，ゆくゆくはグローバルな大規模実験に貢献あり，どのように R&D が行われているのかを体験するこしたいと思います。とができました。

&(51 での生活

私自身海外が初めてということもあって CERN での生活はとても刺激的でした。
私の所属した研究室では毎週金曜日の夜に CERN 内のレストランでビアパーティをしていました。私もよく参加していましたが，私達がビールを飲んで楽しんでいるとどこからともなく誰かの知り合いやまったく知らない人などが参加してきて，大勢でテーブルを囲んで楽しむことがしば。この特にヨーロッパの方々の気さしばありました（図 8）
くで人見知りしないところが私の感覚としてはすごく新鮮なものに感じました。また、この機会を通して summer

student だけでなく CERN の同世代の研究員など様々な人

今後この 6XPPHU 6WXGHQW 3URJUDPPHに望むこと

KEK の方々には準備の際から帰国に至るまで十分すぎるほどに手厚いサポートをしていただきました。そのおかげもあり何不自由なくこのプログラムに参加をすることができました。
強いて望むことを述べるとすると，このプログラムは物理の学生だけでなく工学系の学生など様々な分野の学生が集まっていて，研究内容も物理とは限らず私のように工学系の研究内容となることもしばしばだと思います。そこで，

Summer Student Programme の申請書を書く際にはその点にも注意してきちんとやりたい研究内容を書くよう応募した学生にはアドバイスしてくださることを望みます。と知り合うことができました。



最後に

この Programme に参加する上の準備をしていただいた

KEK の福田さんや現地でお世話をしていただいた KEK の吉田さんには本当に感謝の言葉しかありません。ありがとうございました。
また，現地でお会いした日本人研究員の方々にもお世話になりました。ありがとうございました。
最後に，今回 Summer Student Programme に一緒に参加
図 8 ある金曜のレストランでのビアパーティの風景。参加していた一人が弾き語りをしているのを囲んで楽しんだ。

また，Summer Student はヨーロッパ出身の学生がもちろん多いのですが，アジアの各地から来ている学生も多くいました。そのため，ヨーロッパのみでなく，近いけれど知り合う機会の少なかったアジアの同世代学生とも親しくなれました。

今後の抱負

この Summer Student Programme を通して本当に様々な背景を持つ人々と知り合うことができました。様々な人と交流し，様々な人の行動や思考を見聞きしまして，私は日した家城さん，関畑くん，山道くん，山口くん。この 10 週間はとてもかけがえのないものとなりました。ありがとう。
これからも互いに切磋琢磨しあいましょう。