162■談話室CERN Summer Student Programme 報告
首都大学東京 理工学研究科 物理学専攻

下 島

す み れ

shimojima@hepmail.phys.se.tmu.ac.jp
2010 年 10 月 29 日

1 はじめ
6 月 29 日から 9 月 3 日までの 10 週間，CERN SummerStudent Programme 2010 に参加した。これは LHC 実験がおこなわれている CERN に世界中から約 150 人の学生(日3.1

LectureLecture は 7 月 7 日から 8 月 13 日までの約 6 週間，午前中に 3 コマのスケジュールでおこなわれた。このときの動画を含む資料はhttp://indico.cern.ch/scripts/

本からは合計 5 人)が集まり，一緒に lecture や研究をする

SSLPdisplay.py?stdate=2010-07-05&nbweeks=7

プ ロ グ ラ ム で あ る 。 こ こ で は CERN Summer Studentにある。これは講義を復習したいときに助かった。午前にProgramme 2010 で私が体験してきたことを報告する。

lecture，午後 work，分からなかった箇所はホステルのリビングで議論し，翌日質問しにいくというスタイルはとても2 CERN に着くまで面白かった。講義は加速器の基礎から医療用加速器まで広いテーマが取り扱われていた。また，closing lecture はノー

学部 2 年の時に，大学にこの CERN Summer Student
Programme のポスターが貼ってあるのを見て，このプログベル物理学賞受賞者の Carlo Rubbia がスピーカであった。
このように lecture は豪華な内容となっていた。

ラムを知った。募集人数が若干と明記されていたので，この企画に参加できる倍率は高いのだろうと思いつつ，魅力的な企画だなと思ったのを覚えている。
2010 年 1 月に CERN Summer Student Prgramme 2010 の募集が始まったと指導教官の住吉先生から連絡をいただい

3.2Work

私は ATLAS 実験装置のビームにもっとも近い pixel 検出器グループに配属された。ここからは私がおこなった研究について述べる。

た。日本での募集人員の少なさにやはり応募するだけ無駄ではないかと思ったが，宝くじは買わない限り絶対に当た3.2.1 ATLAS Pixel Detector

ることはない，何事も試してみなければ分らないと思い，ATLAS 検出器は大きく分けて inner detector, solenoid応募した。日本物理学会での初めての発表もあり，その準

magnet, electromagnetic calorimeter, hadronic calorimeter,

備と並行してこのプログラムの準備をしたので忙しかった

toroidal magnet, muon detector の 5 種類からなっている(図が，書類審査をパスし，面接に合格した時は本当に嬉しかっ1)。

た。しかしまだ日本での選考に選ばれただけで，CERN の受け入れ先などまったく決まっていなかったので，もしかしたら CERN の選考で落とされるかもしれないと怯えながInner detector は pixel detector, semiconductor tracker(SCT), transition radiation tracker(TRT)の 3 種類の検出器

ら結果を待っていた。日本物理学会中に CERN からの結果を受け取った時は，嬉しいというよりこれで確実に参加できるのだと安心した。

3 活動内容このプログラムには，lecture と work の二つの大きな活動がある。
また他にも poster session や student session といった活動がある。それらのうち私が参加した活動について述べる。

図 1：ATLAS 検出器の全体像

163からなっている(図 2)。その中でも pixel detector はもっとの荷電粒子は飛跡を再構成するのが難しく，間違えて再構もビームパイプに近い場所に設置されている検出器である。

成してしまうと，衝突点を間違える可能性が高くなる。実これら inner detector は衝突で生じた荷電粒子の位置を観測際，ATLAS pixel detector ではこのような荷電粒子の飛跡し，衝突点などを再構成するのに重要な役割を担っている。

を再構成するようなアルゴリズムはないという。

Pixel detector は ビ ー ム 軸 中 心 か ら 半 径 50.0 mm,

そこで私はこのような長寿命，低運動量の荷電粒子を“low88.5 mm, 122.5 mm の三層の樽構造になっていて，この部分momentum looper”と名付け，low momentum looper を見つを barrel という。また，その両端に end-cap もしくは disk

けるための解析をおこなった。と呼ばれる円盤状の構造がある。これらを合計すると約 8千万ものチャンネルがある(図 3)。
私 は こ の pixel detector グル ー プ に配 属さ れ ， INFN(Milano)の Tommaso Lari の元で，pixel detector におけるlow momentum looper(後述)の解析をおこなった(図 4)。

前に述べたように，miss reconstruction をしてしまうので，track 情報を一切使わない。使うことができる情報は clusterの hit 情報のみである。
一個の荷電粒子は，理想的に三つの clusters を形成するはずである(1 層につき一つの cluster)。また，low momentum

looper で作られる cluster は low charge かつ cluster size が大きいと予想される。

Tommaso から Run 152166 のイベント root ファイルを貰った。この root ファイルはサイズが大きいので必要な変数を別の root ファイルに保存し，解析時間の短縮化を図った。
まず初めに，cluster の数と track の数の関係を見た。もし cluster 数と track 数が比例関係になかった場合，複雑なことが起こっていて，low momentum looper のアイデアも考え直さなければいけないからだ。
図 5 より track 数と cluster
図 2：Inner detector数はよい correlation をもっていることが分かる。

図 3：Inner detector の構造図

図 5：Track 数と cluster 数の二次元ヒストグラム

次に barrel と disk の各層で cluster 数がどのように変化しているのかを見た。
ここで，ビーム軸に一番近い層を layer1，外側に向うにつれ layer2, layer3(layer3 はもっとも外側にある層)とした。
図 6 より，赤，ピンク，オレンジ(緩やかな右下がり)が
図 4：Supervisor の Tommaso Lari(右)と私(左)3.2.2 研究内容と成果

LHC 加速器実験では衝突で多くの粒子が生成される。その中には低い運動量をもった荷電粒子もある。このような荷電粒子は磁場にトラップされ，ビーム軸に沿って長い距離にわたり螺旋運動をする。こういった長寿命，低運動量barrel の layer1, 2, 3，青，水色，緑(急な右下がり)がそれぞれ disk の layer1, 2, 3 に対応している。これを見ると，diskに関してはそれぞれ 3 層に対して大きな違いは見られない。

Barrel の cluster 数が 100 以上の領域に関しては多少の差が見られる。これは単に統計的なものなのか，low momentumlooper 特有のものなのかは一概にはいえない。次に geometryによる bias を避けるため h で区切り，それぞれの layer で164の cluster 数および charge など様々な場合で調べた。しかし，
これは noise ではなく exact に low momentum looper だという確証を得られるようなデータは見つからなかった。た

3.4

Workshop and Visit

Summer Student Programme では lecture が始まって数週間後に workshop と visit がある。

だ，1 run 分しか見ていないので，確実なことはいえない。

特に workshop は各テーマの募集人数が少ない上，beamLow momentum looper はそこまで単純に見えるものではな

line などの人気のある workshop は“first come, first served”

く，より詳しい study が必要であるという結論に至った。

ルールによって，募集開始後ものの数秒で定員がいっぱいになってしまった。私は Measurements with Scintillating

Fibers と ROOT に参加した。ROOT は web にあるマニュアルに沿って動作を確認するだけの簡単な workshop だったので，期待はずれだった(1 回につき 80 人，2 回おこなわれたので合計 160 人と応募者が多く，レベルがバラバラなのでその程度にしないと対応できないのかもしれないが)。
一 方 ， Measurements with Scintillating Fibers はscintillator の基礎から，実際にその scintillation fiber を使った本番用の実験装置やテスト実験するための装置を見せてもらった。1 回の応募者も 3 人と少なく，時間と人数に余裕があり，どんな質問をしても気さくに答えてくれ，とてもよかった。
図 6：Barrel および disk での layer の cluster 数

3.3

Visit は SM18+ATLAS exhibition と LINAC+CC の 2 種類があり，私は両方に参加することができた(図 8)。

Poster Session

CERN Summer Student Programme は 基 本 的 に “firstcome, first served” ルールで運営されている。私は poster
session 応募締め切り直前まで参加するかどうか悩んでいたので，“first come, first served”ルールで参加できないのではないかと冷や冷やした。実際にふたを開けてみると，poster

session 応募者は合計 6, 7 人程度と少なかった。しかし，多くの summer students が興味を示してくれ，poster session
は大盛況であった(図 7)。

ATLAS tag system，CERN Document Server といった
document 管理や GEM など，様々なテーマの poster があり，他の summer students が何をしているのか，また自分が知らなかった分野を知ることができて楽しかった。

図 8：SM18 の様子

4 日常生活St. Genis のホステルでは同じフロア同士の仲がよく，過ごしやすかった。キッチン，リビングが共有なので，何も示し合わせなくても自然と皆が集まり，一緒にご飯を作ったり，夜はよく同じ階の Özgür がワインを持ってきてくれたので，他の皆でチーズやつまみを持ちより，ワイン片手に，ときには laptop を傍らに，おしゃべりをした(図 9)。

図 9：よく一緒にいた Saulius(右)と Liina(左)図 7：隣で poster を展開していた Yushi と二人とも同じ階の住民165
また，summer student 全体でも web 上で event を立ち上げて CERN で映画“Angel & Damon”を鑑賞したり，Mayrin

6 このプログラムに望むことsite を自転車で隅々まで回ってみたりと CERN を満喫した

このプログラムに参加した際に困ったのは，先輩の情報のはもちろんのこと，Geneva festival に皆で出かけたり，を得にくかったということだ。他の参加者はこのプログラ

Hirzel に行ってみたり，また，Matterhorn や Mont Blanc

ムに参加した先輩方が同じ研究室にいて色々な情報を得らといった遠出もした。Summer student 同士で行くことで，れたが，私の大学はこれまで誰も参加した人がいなかった。

いろいろな国の価値観や考え方が分かり，お互いを理解し去年の参加者である高橋さんにお話をうかがったが，KEKあえてとても楽しかった(図 10)。

側でも出発前に参加者，前年の参加者で集まるなどを企画していただきたかった。また，Geneva 到着は air traffic のため夜 11 時だった。先に CERN に着いていた Jiayin, Yushi
そして KEK の福田さんに車で迎えに来ていただいたからよかったものの，一人で夜の 11 時の Geneva は大変だったと思う。St. Genis まで行く Y バスの最終便で CERN で降り，守衛さんに鍵を貰い，その後 CERN と St. Genis 間１はスーツケースを持って歩いて行かなければいけない。もう少し早い時間帯に Geneva に着くような便にしていただきたかった。

図 10：11 時間歩き続けた Mt. Jura にて
足腰の強い友達と一緒に

7 謝辞
このプログラムに参加するにあたり，様々な方にお世話5 今後の抱負になりました。まず，CERN Summer Student Programmeに応募する時に推薦状を書いていただき，英語の添削まで初めてのヨーロッパで英語が公用語でないことに戸惑いを覚えたが，それもそれでよいものだと思えるようになった。日本で参加している実験の検出器を置いてある場所がフランスなので，かつ，海外のコラボレータも多いので，フランス語やその他の言語もほんの少しでよいから喋ることができるようにしておくことが大きな変化を生むのだと感じた。

していただいた住吉先生，現地の生活で相談にのっていただいた徳宿先生，KEK の石川さん，西村さん，福田さんには大変お世話になりました。前回の summer student である高橋さんには去年の様子を教えていただきました。日本から参加した Natsuki, Yushi, Atsuko, Jiayin をはじめとする

summer students の皆様，BBQ に誘っていただき CERN で気さくに接していただいた ATLAS Japan の皆様，ICEPP

また，この CERN Summer Student Programme で得た友の皆様，食堂でお話した早野先生，ご飯に誘っていただい達は多才な人が多く，後 6 年は高エネルギー分野でやってた久世研の皆様，およびそのほか多くの方々のおかげで，いくが，その後はまだ分からないという考えの友達もいて，非常に有意義な充実した経験ができました。本当にありが私にとってはショッキングだった。その考えが私にとってとうございました。また，日本の実験グループの皆様，2 ヵ

よいのかどうかは置いておいても，そういう人達と生活を月間と長期不在にもかかわらず，温かく見守っていただき共にすることで，選択肢が増え，より明確に今後の自分のありがとうございました。今後ともこの CERN Summer道をみすえることができるようになったと思う。

Student Programme が続いていくことを心より願っておりまた，特にヨーロッパの友達には，滞在中ずっとガッツます。と行動力の凄さに驚かされっぱなしだった。あの行動力は自分も身につけなければいけないと実感した。今も友達とはコンタクトをとっているが，この CERN Summer Student

Programme で得た経験と人脈を生かして，今後大きく成長していこうと思う。

１

CERN と St.Genis 間は交通事故多発地帯である。著者の滞在中に 5 回交通事故(内 1 回は死亡事故)があり，summer student も一人巻き込まれ怪我をした。危険な道である。