1131■ 研究紹介SuperKEKB 加速器世界最高ルミノシティまでの道のり
高エネルギー加速器研究機構 加速器研究施設

大西 幸喜
yukiyoshi.onishi@kek.jp
2020 年 (令和 2 年) 11 月 5 日

1

はじめに

試運転を, 2016年 2 月 1 日から 6月 28 日の約 5 か月間

SuperKEKB 加速器は, 2.4×10に行った。Phase 1 の目的は, 新規真空チェンバーの真のルミ

空焼き, 衝突点のない場合におけるビーム光学系の調整,

KEKB の 2.11×1034 cm−2 s−1 [1] ならびに LHC のSuperKEKB は, 陽電子リング (LER, Low Energy
Ring の略称) と電子リング (HER, High Energy Ring

34

cm

−2 −1

s

ノシティを 2020 年 6 月 21 日に記録した。これは,
34

2.14×10

cm

−2 −1

s

[2] を超える世界最高ルミノシティ

バックグラウンドの測定 [5] であった。

である。世界最高ルミノシティといっても, SuperKEKBの略称) からなるダブルリング・コライダーである。ダ

目標は, 8×1035 cm−2 s−1 と, あと 33 倍必要だからであ

電子のエネルギーは 7 GeV と非対称エネルギーである

場合, 年間 6か月運転を約 5 年つづければ 50 abの積つ, 衝突点をひとつ（ふたつできるが, ひとつは立体交

は, ルミノシティ性能で評価される。いきなり設計値が達子は, 水が流れるように加速器中を一様に飛行するわけの最終目標からすると序の口である。なぜならば, 最終る。最高ルミノシティの平均 80 %で物理実験が可能な−1分ルミノシティが達成できる計算である。衝突型加速器

ブルリングにする理由は, 陽電子のエネルギーは 4 GeV,

ことと, 多数のバンチ（ビーム粒子の集団）を蓄積しつ差にしてすり抜ける）にするためである。加速器中の粒成されることはまずない。アメリカ航空宇宙局 (NASA)ではない。飛行する粒子がバンチを形成しビームの進画にみられるように, SuperKEKB プロジェクトにおい速空洞を通過するタイミングでしか加速されないからによる人類初の月への有人宇宙飛行計画であるアポロ計ても, 多くの段階を経て目標に到達することを目指す。

大まかな区分では, Phase 1, Phase 2, Phase 3 となるが, それぞれ目標が異なる。Phase 1 は, Belle II 測定器

をロールインする前の調整運転で, アポロ 6号までの無行方向に離散的なのは、リング内に設置された高周波加である。また、周回周波数の整数倍が高周波加速空洞の周波数となっていなければ粒子は周回できない。周長約3 km(周回周波数約 100 kHz) の SuperKEKB 加速器の人ロケット打ち上げに相当する。ルミノシティ調整が始場合, 509 MHz の高周波加速空洞を用いているので最大5120 個のバンチを蓄積できる。

cm s を超えるルミノシティの達成,
Phase 3 では, まず KEKB のルミノシティを超えるこことではない。しかしながら, 衝突型加速器では, 陽電子

まる Phase 2 では, 後で述べる「ナノビーム方式」の検証および 1034−2 −1

力学的安定領域の広い Phase 1 において, ビームの安定軌道を見つけて, ビーム電流を蓄積することは難しいと, それから徐々に性能を向上させて数年の間に設計ル

リングと電子リングの周長が全く同じでなければ衝突点

単に思い通りにはいかないだろう。本稿では, ひとつのなければならない。したがって, 私の一番の気がかりな

のりを個人的な視点から重要なポイントに絞って書きたかどうかであった。1 ppm というのは, LER に設置されミノシティに到達するというシナリオとなるが, そう簡

マイルストーンとして, 世界最高ルミノシティまでの道が, どんどんずれていくことになるので, ぴったり同じで点は, LER と HER の周長の差が, 1 ppm 以内に収まるいと思う。

た周長補正用のシケインの可変範囲である。RF 周波数

2のシケインで吸収するのである。LER と HER の衝突点

Phase 1
Phase 1 で は, 衝 突 点 付 近 に 最 終 収 束 シ ス テ ム(QCS)[3] および Belle II 測定器を組み込まず, かわりにバックグラウンド検出器 (Beast II)[4] を組み込んだで, 両リングの周長を変化させ最適値に調整し（周長はRF 周波数に反比例する）, 両リングの周長の差は LERを含む約 300 m 区間の電磁石および真空チェンバーは新規入れ替え, かつ新しい位置に設置し直している。新2132

しい QCS, KEKB にはなかった新しい局所的な色収差1

定通り（最初の計画よりもずいぶんと遅れたが）迎える

おいては, 約 1400 t の測定器を水平面上で 25.95 mradまでの約 4 か月間である。その前の約１か月間は, 陽電補正のためのシケインの導入, Belle II 測定器の設置にことができた。期間は, 2018 年 3 月 19 日から 7 月 17 日

回転させて新しいビームラインにフィットさせる [6] な子ダンピングリング（入射ビームのエミッタンスを小さと HER が同じ周長であるという保証はない。さらに,

ショニングを行っている。Phase 2 からは, Belle II 測ど, KEKB とは全く異なる設計となっているため LER

LER にいたっては, リング全周の主偏向磁石は新規作
成かつ真空チェンバーも新しくアンテ・チェンバー2 にくするための入射器に付属した小さなリング）のコミッ
定器のコミッショニングと Phase 3 への移行の見極め,

可能ならば, 実験データ取得という任務が課せられてい作り直している。円型加速器の周長は偏向磁石の設置位たので, Belle II グループからランコーディネーターがえるための電磁石の設置精度を確保するためには高度が引き受けることとなった。詳細については, ランコー

SuperKEKB ではトンネル全体は見通せない。もし, 周転の責任者として, コミッショニング・リーダーを船越置で決まる。これらの改造を施しているので, 周長を揃な測量およびアライメント技術を必要とする [7]。当然,

長のずれが想定よりも大きければ, 電磁石を設置し直さ置かれた。初代ランコーディネーターは, 足立一郎さん
ディネーター回想録を参照されたい [9]。一方, 加速器運義裕さんが Phase 1 を担当し, Phase 2 からは, 私にバなければならない。これは, 相当な作業量となり莫大なトンタッチされた。コミッショニング・リーダーは, ラ

値の違いは 1.9 mm で一致しており, LER と HER の相設定し, これを実現するための方針と計画を立案する。

時間を必要とする。結論を言えば, 周長の実測値と予想対的な周長の差は 0.2 mm で周長約 3 km において十分に 1 ppm の範囲内であった。

Phase 1 では, 低エミッタンス（垂直方向）の調整も真空焼き出しも順調にこなした。ここで, エミッタンスとンコーディネーターと相談しながら加速器運転の目標をまた, マシン・トラブルが起これば, 計画を変更し対処を検討する。そして, 加速器性能を向上させるために何が必要なのかを常に考える役割である。

朝 9 時から KCG ミーティング（SuperKEKB コミッ

いう言葉が出てきたが, ビームの広がりを表すパラメー

ショニング・ミーティング）が毎日休みなく開かれ, 朝かだきたい。後で説明するナノビーム方式では, 垂直エミッれた。コミッショニング・シフト 1 名とシフトリーダー

タ（水平方向と垂直方向がある）のひとつと思っていたら深夜午前 1 時ないし 2 時くらいまで加速器調整が行わ

タンスは重要なパラメータである。SuperKEKB の真下

1 名という組み合わせに, BCG シフト 1 名が加速器コンいるため電磁石は完全な水平面上にはないが大丈夫な在する。KCG は SuperKEKB Commissioning Group,

スは約 10 pm を達成することができた。また, ビーム

務委託の運転員 2 名が運転支援を行う。シフトおよび運ラウンドを低減するためには, 十分な真空焼きが必要で

グ・リーダーと加速器スタディチーム, ならびにランコーの地盤は関東ローム層で軟弱なうえに, 地下水も通ってのかという心配があった。最終的には, 垂直エミッタンと真空チェンバー内の残留ガスとの散乱によるバックグ

あった。Phase 1 における積分ビームドーズ量は, LER
で 780 Ah, HER で 660 Ah でほぼ目標を達成した。

3

Phase 2Phase 2 からは, いよいよ Belle II 測定器がロールイン

され, 最も内側にあるシリコン検出器 (SVD) とピクセル検出器 (VXD) はインストールされないが, ルミノシティ
調整を行うマシン・スタディ中心の運転に入った [8]。目
標は, VXD をインストールして本格的な物理ランを行う Phase 3 に進んでよいかを見極めることである。リーズナブルなバックグラウンド状況下で, 1034 cm−2 s−1 の実験ができるかどうかがポイントである。アポロ計画で言うと, アポロ 7 号の有人ロケット打ち上げにあたる。
アポロ１号のような悲劇的な事故もなく, Phase 2 を予

1 色収差は, カメラなどでレンズの中心からはなれた場所で像が歪む現象として知られる。これと似たことが加速器でも起こる。
2 ビームと放射光の通り道が別れている真空パイプ

トロール室に滞在し, 筑波実験室に実験シフト 2 名が滞BCG は Belle II Commissioning Group の略。また, 業

転員は, 1 日 3 交代制である。これに, コミッショニン

ディネーター, 副ランコーディネーターが加わる。加速器調整は深夜まで行われたが, さすがに加速器チームも休みが必要である。したがって, 加速器調整の後は夜明けまで, Belle II 測定器のコミッショニングの時間となる。「じゃ, あとはよろしく。」と言って, ランコーディ

ネーターにお任せすることになるのだが, 今から思えば,つくづくランコーディネーターの役目は激務であったと
思う。

3.1

ナノビーム方式

Phase 2 では, ナノビーム方式の検証が主目的であった。ナノビーム方式に致命的な欠陥が見つかれば, 今後の計画に大きな支障をきたすことになる。ここで, ナノビーム方式を簡潔に説明したいと思う。図 1 に示すように, バンチの幅が狭いビームが大きな交差角を持って衝突する。垂直ビームサイズ (σy ) は, 衝突点である真ん中

3133(z=0) が一番小さく, 後で説明するように衝突点から離れるに従って急速に大きくなる。ナノビーム方式の場合,
2 つの衝突するバンチの重なりあう部分のみで衝突する

絞ることができる。これが, ナノビーム方式の斬新かつスされたところ）で衝突する。これを「ピントが合ってクスの位置も狭い領域に制限される。これは, 物理解析

ので, 常に垂直ビームサイズが小さいところ（フォーカいる」と呼ぶ。

画期的な特徴である。図 1 に示すようにビーム軸進行方向の重なり領域が短いことがナノビーム方式の特徴であると同時に, 物理事象においてプライマリー・バーテッ

時の崩壊モードを再構築する際にバックグクラウンド事
象と識別することに有効であると思われる。
ナノビーム方式におけるルミノシティは,L=

N + N − nb f 0
2πΣ∗x Σ∗y(2)

ただし, N± はバンチ内粒子数, nb はバンチ数, f0 は周回周波数, ± は電荷の正負である。衝突ビームの水平方向の断面サイズは, 両リングの二乗和の平方根をとって,!
∗2 + σ 2 tan2φ + σ ∗2 + σ 2 tan2φ
σx+
Σ∗x =
x
x
x
z+
z−
!
2 + σ2≃ φx σz+(3)z−となる。一方, 垂直方向の断面サイズは,!
∗2 + σ ∗2
σy+
Σ∗y =
y−
!
∗
∗
σy±
=
εy± βy±(4)(5)

で, エミッタンスとベータ関数の積の平方根で表現できる。εy± は垂直エミッタンスで, リングの場所によらない
図 1: ナノビーム方式の模式図。上図は真横から見た図(z-y 平面), 下図は真上から見た図（z-x 平面）。

このピントの合ってる長さを, 有効的なバンチ長と呼ぶ。有効的なバンチ長 (σ̃z ) は, 衝突点における水平ビー
ムサイズ (σx∗ ) と交差角の半分 (φx ) を使って,

σ̃z =

σx∗
sin φx(1)と書けリアルなバンチ長 (σz ) に依存しない。一方, バ

ンチの幅が広かったり, 交差角が小さい場合はどうなる∗
は, 衝突点における垂直ベー
大局的な変数である。βy±タ関数と呼ばれる。ちなみに, 衝突点の水平ベータ関数∗と書くことにする。また、衝突点を挟んで両側を βx±∗
は, 衝突点に凸レンズを置いてビームを絞るので, βy±での被写界深度つまり凸レンズでピントが合う範囲を表すパラメータとみなせる。つまりベータ関数を小さくすることは強い凸レンズでビームを絞ることに相当し、被写界深度が浅くなる。具体的にビーム進行方向に沿ったベータ関数の変化は∗
βy± (z) = βy±
+

z2
∗
βy±

(6)

だろうか。図から推察されるように, 2 つのバンチの重∗と書くことができる。βy±を小さくすればするほど,な場所（フォーカスのずれたところ）でも衝突することに大きく変化する。ただし、ベータ関数はリングに沿っなる領域 (2σ̃z ) が増えるので, 垂直ビームサイズの大きになる。これを, 「ピンぼけ」と呼ぶことにする。重なる領域の長さは, ほぼリアルなバンチ長となる。この場合, ピンぼけしないためには, リアルなバンチ長を短くするしかない。もろもろな事情により, バンチ長を短くすることには限度があり, 極端に小さくはできない。逆に言えば, バンチ長に見合った垂直ビームサイズがあって, そこまでしかビームを絞れないことを意味する。これを「砂時計効果」と呼び衝突型加速器業界では広く知られている常識である。しかし, ナノビーム方式では, 先に述べたようにリアルなバンチ長を気にせずにビームをβy± (z) は衝突点から離れるにつれて 2 次関数的に急激た場所の関数で, x 方向 (水平) と y 方向 (垂直) で独立

な変数であるが, その場所の空間的な性質を示すものではないことに注意する必要がある。図 1 で示される衝突点近くの断面サイズの変化は!
σy± (z) = εy± βy± (z)

(7)

となる。

はたして, ナノビーム方式に欠点はないのだろうか？

図 1 をよく見ると, 確かに重なり領域は小さいがバンチ
が進行方向に進んで完全にすれ違うまでを考えると, 見

4

4
134

かけ上
, バンチ長が短く幅が広いバンチが正面衝突して 絞って衝突にチャレンジしようということになった。まかけ上, バンチ長が短く幅が広いバンチが正面衝突して絞って衝突にチャレンジしようということになった。ま, 式で(3) で ず, デチューンド・オプティクスから衝突用オプティク, 式 (3)いるようにも見える。このときのバンチ幅はいるようにも見える。このときのバンチ幅はず, デチューンド・オプティクスから衝突用オプティク, 実は非常に大きい。この幾何学的なロ スに変更する必要がある。ガバガバにでかい衝突点ベー, 実は非常に大きい。この幾何学的なロスに変更する必要がある。ガバガバにでかい衝突点ベー示されるように示されるように, 垂直エミッタンスを小さくする必 タ関数（
, βy∗ ）を絞るのである。絞ると, 何が起こる, 垂直エミッタンスを小さくする必
βx∗ , ββy∗x∗）を絞るのである。絞ると, 何が起こるスを補填するためにスを補填するために
タ関数（, いかに垂直エミッタン かと言うと, 極端に力学的な安定領域が減り, ビームを, いかに垂直エミッタン, 極端に力学的な安定領域が減り, ビームを要がある。ナノビーム方式ではかと言うと要がある。ナノビーム方式ではPhase
で, 垂 扱う許容範囲が狭まる。ちょPhase
1 で,1垂スを小さくできるかがポイントとなる。
扱う許容範囲が狭まる。ちょっとしたミスも許されない
スを小さくできるかがポイントとなる。
っとしたミスも許されない, β2y∗ を
2 にしようとしたのが間mm にしようとしたのが間, βy∗ をmm
, ここ のである。いきなり, ここ
直エミッタンスを重要課題のひとつとした理由が直エミッタンスを重要課題のひとつとした理由がのである。いきなり

にある。
にある。

初めてのビーム蓄積
3.2 3.2初めてのビーム蓄積

に当たって
, QCS
QCSQCS
に当たって
, QCS
ク ク
違いであった。入射ビームが違いであった。入射ビームが,と,とエンチが頻発するという問題に直面することとなりエンチが頻発するという問題に直面することとなり

8 まで絞って様子を見ることになっmm まで絞って様子を見ることになっβy∗ をβy8∗ を
mm
りあえず
りあえず

た。測定器に対してビーム由来のバックグラウンドを低た。測定器に対してビーム由来のバックグラウンドを低, QCS
クエンチを防いでくれ, QCS
クエンチを防いでくれ減する可動式コリメータがPhase
2 を開始する前に, 衝突点付近に様々なトラブ 減する可動式コリメータがPhase
2 を開始する前に, 衝突点付近に様々なトラブ, 後になってからである。
8 mm, 後になってからである。
βy∗ がβy8∗ がmmるとわかったのは, これらの問題に対する対策が施されるまで, るとわかったのは, これらの問題に対する対策が施されるまで
,
ルが重なり
ルが重なり
というのは
, バンチ長6 mm
よりも長く, ナノビーム方, バンチ長6 mm
よりも長く, ナノビーム方
かなりの時間がかかった。結局, SuperKEKB
メインリ というのはかなりの時間がかかった。結局, SuperKEKB
メインリ,
とりあえず衝突確,
とりあえず衝突確式のメリットが生かされていないが式のメリットが生かされていないが3月
19 日に決定された。初めてのビー
3 月 19日に決定された。初めてのビー
ングの立ち上げはングの立ち上げは

4 月日に
13 日に
のオプティ
4 月 13HERHERのオプティ
認を優先することにした。
, 極度な緊張感があった。安定軌道を見つけ 認を優先することにした。
, 極度な緊張感があった。安定軌道を見つけ
ム蓄積には
ム蓄積には
16 日にはも完了し準備が, 4 月, 416月日にはLERLERも完了し準備がクス補正が終了し, 衝突点のベータ関数を非常 クス補正が終了し, 衝突点のベータ関数を非常てビームを蓄積するときにてビームを蓄積するときに, 真空焼きを続行し, BelleII による初, 真空焼きを続行し, BelleII による初整った。しばらく, 整った。しばらく,に大きな値に設定し（デチューンド・オプティクス）に大きな値に設定し（デチューンド・オプティクス）
物理事象観測に向けて可動式コリメータの調整を行なっ
物理事象観測に向けて可動式コリメータの調整を行なっ
マシンエラーの影響をなるべく低減するようにした。しマシンエラーの影響をなるべく低減するようにした。し, バックグラウンド・スタディの一環として, バックグラウンド・スタディの一環としてた。これは, ビーム光学系の設計に思わぬミスがあった た。これは, ビーム光学系の設計に思わぬミスがあった
かしながら
かしながら
II と加
BelleBelleII と加行われた。バックグラウンド問題について, QCSの設置精度が想定外 行われた。バックグラウンド問題について, QCSの設置精度が想定外
ら, ビームは回らない。またら, ビームは回らない。また

クループというも
MDIMDI
クループというも速器の両方からアプローチする, やはりビームは回らない。
の設置精 速器の両方からアプローチする, やはりビームは回らない。
QCSQCSの設置精に悪かったら
に悪かったら, Phase
1 から中心的な役割を担っていたのが,, Phase
1 から中心的な役割を担っていたのが,のがあり100 を想定していた。衝突点を挟んで左右のµm を想定していた。衝突点を挟んで左右の のがあり
, 100, µm
度は度は
中山浩幸さんである。
クライオスタット内に, それぞれ4 台の超電導
QCSQCS
クライオスタット内に, それぞれ4 台の超電導
4 極 4 極 中山浩幸さんである。
,,
次に行うことは衝突タイミングの調整である。これは, 中身は外側から見えない。さら 次に行うことは衝突タイミングの調整である。これは, 中身は外側から見えない。さら磁石が格納されていて磁石が格納されていてRF 位相をスキャンして, 陽電子バンチと電子バンチが, 陽電子バンチと電子バンチがII ソレノイドによる電磁力を受けて磁石コイ RF 位相をスキャンして
II ソレノイドによる電磁力を受けて磁石コイに, Belleに, Belle
衝突点で衝突するタイミングを調整する。正しく衝突す
ルの位置は変わる。衝突点付近のビームパイプを見たこ 衝突点で衝突するタイミングを調整する。正しく衝突す
ルの位置は変わる。衝突点付近のビームパイプを見たこ, 水平方向に大きなビームビーム・キックが観測さ, 水平方向に大きなビームビーム・キックが観測さ, 人差し指ほどの太さしか ればれば, 人差し指ほどの太さしかとがある人はわかると思うがとがある人はわかると思うが, 何度スキャンを繰り返して, 何度スキャンを繰り返してれるはずである。ところがないのである。こんなところをビームを通すのかと思う れるはずである。ところがないのである。こんなところをビームを通すのかと思うも一向にもっともらしいビームビーム・キックを観測す, 大丈夫なは も一向にもっともらしいビームビーム・キックを観測す, 大丈夫なはと, 直感的に恐ろしくなる。計算通りならと, 直感的に恐ろしくなる。計算通りなら51205120
あ あ
ることができない。バンチの入れる候補は最大ることができない。バンチの入れる候補は最大ずなのだが。
ずなのだが。

る。陽電子と電子の相対的なバンチのずれは１バンチ以の立ち上げを開始してから3月
21 日早朝, 初め る。陽電子と電子の相対的なバンチのずれは１バンチ以HERHERの立ち上げを開始してから, 3 月, 21日早朝, 初め）のタイミング信号を
BPMBPM）のタイミング信号を内にビーム位置モニター（にビームが蓄積された。
につづいて, LER 内にビーム位置モニター（にビームが蓄積された。
HERHER
につづいて
, LER
て HER
て HER
KEKB
の場合は衝突KEKBの場合は衝突見れば抑えられると思っていた。
見れば抑えられると思っていた。
の立ち上げを
26 日から始めて
30 日深夜の立ち上げを, 3 月, 326月日から始めて
3 月 330月日深夜, 初, 初BPMBPM
点に陽電子バンチと電子バンチの両方が通過するにもビームが蓄積された。立ち上げからビー 点に陽電子バンチと電子バンチの両方が通過する
LERLERにもビームが蓄積された。立ち上げからビーめてめてがあったため, 相対的な信号時間差を測定することは比, 相対的な信号時間差を測定することは比, 後で判明した入射キッカーの絶不 があったため, 後で判明した入射キッカーの絶不ム蓄積までの過程はム蓄積までの過程は, 独立に測定する必要, 独立に測定する必要較的容易であったと思う。今回は6 台中1 台しか正常に動作していなかった) 較的容易であったと思う。今回は6 台中1 台しか正常に動作していなかった)
調 (キッカー
調 (キッカー,
ケーブル長などの不定性がある。さらに, 運の,ケーブル長などの不定性がある。さらに
, 運の
があり
があり
や QCS
補正コイルの結線間違いなど, 様々なトラブル
や QCS
補正コイルの結線間違いなど, 様々なトラブル
RF 位相で180 度付, RF, 位相で180 度付悪いことに非常に観測のしづらい, この状 悪いことに非常に観測のしづらい, この状があり容易なものではなかった。今から思えばがあり容易なものではなかった。今から思えば, 420月日か
20 日か, 4月
近に衝突タイミングが見つかった。結局, よくもビームを蓄積できたと思う。結局, HER, よくもビームを蓄積できたと思う。結局, HERと と 近に衝突タイミングが見つかった。結局態で態で, 424月日に24 日に, 4月
ら衝突タイミングのスキャンを開始しての両リングが正常に運転ができるようになったの ら衝突タイミングのスキャンを開始してLERLERの両リングが正常に運転ができるようになったの25 日には, 垂直方向の衝突点をローカ
4 月 425月日には, 垂直方向の衝突点をローカ完了した。
4 月 4 月 完了した。
は, 様々なハードウエアの調整および補正を終えたは, 様々なハードウエアの調整および補正を終えた, こちらは, すんなりと垂直方向, こちらは, すんなりと垂直方向
ルバンプ軌道で探索しルバンプ軌道で探索し
2 週になってからからであった。
2 週になってからからであった。
の第の第

初めてのビーム衝突
3.3 3.3初めてのビーム衝突のビームビーム・キックを観測することができた。これのビームビーム・キックを観測することができた。これで, 加速器側での初衝突に向けた準備は全て終了した。
で, 加速器側での初衝突に向けた準備は全て終了した。

, KEKB
の初衝突以来であるか, KEKB
の初衝突以来であるか
こうした一連の仕事はこうした一連の仕事は, 約年ぶりということになる。衝突型加速器の運20 年ぶりということになる。衝突型加速器の運ら20ビーム衝突までに, ビームドーズ量で100の真空Ah の真空 ら, 約
ビーム衝突までに, ビームドーズ量で100 Ah,衝,衝
転感覚を取り戻すまでに多少時間がかかったことと40でビームを衝突点でAh でビームを衝突点で 転感覚を取り戻すまでに多少時間がかかったことと, 40 ,Ah
焼きが必要とされていたが焼きが必要とされていたが

5135

突調整を少し軽く考えていたことを反省する次第であば, ルミノシティ性能は, ほぼ 1/βy∗ にスケールして向上

月 25 日水曜の夕方から LER を 60 mA, HER を 40 mAを保持できたためである。ただし, バンチ電流が増加した。翌日の 4 月 26 日は, 2 週間に一度行われる木曜メ階で生じることが) 観測されていた。これを, どのようる。あとは, Belle II のがんばりによるところとなる。4のビーム電流で初衝突観測を始めようということになっしていった。βy∗ を絞る前後でビームビーム・パラメータていくにつれて, ビームビーム・ブローアップは（2 段ンテナンスの日で, メンテからの立ち上げには, まだ多に攻略していくかが次の課題となった。

ドロン事象を観測できるのは来週になるだろうと思われように防ぐかが課題となっていた。これについては, いプレッシャーもあった。また, 4 月 29 日から開催される「どうなのか」と聞かれたこともある。実際には, 可動

くの時間を必要とした。今回を逃せば, 初衝突散乱のハた。ニコニコ動画でのリアルタイム中継があり, 多少のInternational Particle Accelerator Conference 2018 のプレナリートークの発表に, 初衝突という成果を持って実績のない βy∗ に初めて絞る時, QCS クエンチをどのろいろな人が心配していたし, KEK 機構長から, 直に式コリメータの適切な口径設定やビーム由来のバックグ
ラウンドの監視によって, 入射ビームによる QCS クエ

行けるかどうかのギリギリのタイミングであった。

ンチを防ぐことは可能である。入射だけでなく蓄積ビー

して, 寿命によってある程度ビーム電流が減少したら再コリメータとビームロスモニターは重要な役割を果たし加速器側は, 衝突軌道を確保できれば, ビームを蓄積入射することの繰り返しである。大画面モニターのイ
ベント・ディスプレイを眺めて, 物理事象を待つだけである。しかし, 各測定器の HV がちゃんとかかるか, ト

リガーの調整状況はどうかということを, ランコーディ

ムによるビームバックグラウンド低減についても可動式
た。LER の真空チェンバーを新規交換したことで, ビームと残留ガスとの散乱によるバックグラウンドが主流となっていた。可動式コリメータ調整のエキスパートとして田中秀治さんには, かなり助けてもらった。連続入射

ネーターの足立さんが非常に心配していたことは印象的（トップアップ入射）も確立する前で, バックグラウンドさんをはじめ多くの共同実験者も筑波実験室に詰めていミノシティは最大約 2×1033 cm− 2 s− 1 での物理ランで観測することができた。2010 年 6 月末に KEKB が運転よりもかなり高かった。Belle II の稼働していない状態であったし, 実際, 多くの指示を出していたと思う。宇野た。ついに, 4 月 26 日午前 0 時 38 分初ハドロン事象をが高くてビーム電流が最大 300 mA 程度しか積めず, ル

あったと思う。測定器に対するバックグラウンドが想定を終了して, 約 8 年ぶりの物理事象である。運も良かっ

では, 最高ルミノシティは, 5.55× 1033 cm− 2 s− 1 であって取り組んだ初めての大きな仕事であったと思う。

LER のビーム電流を 800 mA 近くまで蓄積していた状態であった。Belle II に HV がかかっていなければ, ルたと思うが, 加速器チームと測定器チームが一丸となっ

3.4

Phase 2 の成果と課題

Phase 2 での大きな成果は, βy∗ を 8 mm から, 6 mm,
4 mm, 3 mm へと段階的に絞ることに成功したことであたが, これは高ビーム電流によるトレーニングのために,

ミノシティを出しても意味がないと考えるかも知れないが, 加速器は家電製品のようにはいかないのである。まず, 加速器単体でルミノシティがでなければ, Belle II を稼働させて実験データを取ることは到底不可能である。
ルミノシティが出ることが確認されれば, どのようにしろう。しかしながら, 当初, βy∗ を 4 mm まで絞っても, その効果がルミノシティに表れなかった。βy∗ が 4 mm とてバックグラウンドを抑え込み Belle II で実験データ

利点が活かせる領域である。にもかかわらず, ルミノシ

1034 cm− 2 s− 1 の目標を達成することはできなかった。

いうのは十分にバンチ長よりも小さくナノビーム方式のティ性能は一向に向上しないのである。これは, 「ナノビーム方式の欠陥だろうか」, と一瞬思ったが, よく調べてみるとビームビーム相互作用による垂直ビームサイズが取得できるかを考えればよい。しかし, Phase 2 では,

高バンチ電流試験（バンチ数を減らしてバンチ電流を高くするが全電流は下がる）では, バンチ数を 4 倍にすれば, ほぼ 1034 cm− 2 s− 1 に手が届くことは示されていたの増大として知られるビームビーム・ブローアップが起（バックグラウンドを無視すれば）。とは言っても, これでルミノシティが想定値よりも小さいことがわかった。

にインストールして, 2019 年春からの本格的な物理ラン

りに逆向きの回転をしているとすると衝突点に X-Y 結

あろうと思う。ひとつ言えることは, 何もやらなければこるであろうバンチ電流よりも, すっと低いバンチ電流

衝突点を挟んで, 左側と右側の QCS がビーム軸のまわ合が発生し, これが原因で幾何学的なルミノシティがでないということが推測された。予想通り, この X-Y 結合

を QCS のスキュー 4 極コイルで補正することによってルミノシティ性能は劇的に向上した。そして βy∗ を絞れ

らの材料より, ピクセル検出器を夏のシャットダウン中を始める Phase 3 へ移行するという判断は難しかったで新しい知見は得られないということである。

6
136

4

Phase 3Phase 3 からは, 運転期間を西暦に abc という区分をつけた名称とすることに決まった。1 月から 3 月末までの運転を a, 4 月から 6 月末までを b, 10 月から 12 月までを c といったように, 1 年を 3 つに分ける。特別な事情がない限り, 年度末から年度初めは連続して運転する

ので, a/b と c の 2 期制となる。基本的に, a/b は 4 か月

シティを稼ぐことであった。測定器のコミッショニングを中心に加速器調整を行う方針で, 10 fb−1 を目標とした。まず, 真空焼きから始めて, その後に衝突点ベータ関数を絞って衝突調整を行う。βy∗ を 8 mm に絞って物理ランを開始したのは, 3 月 25 日である。ビーム電流を300 mA まで蓄積させては減衰させながらの実験で, 連続入射が確立されるのは, ずっと後のことである。4 月

間, c は 2 か月間, 1 年で合計 6 か月間の運転となる。

1 日には, βy∗ を Phase 2 の最終値である 3 mm まで絞ることができた。これから, 順調に物理ランを始められる間を経て, いよいよ Phase 3 が始まった。シャットダウ

の Nextef(加速管組み立て室) で火災報知器が発報し, 火れ, ほぼフル装備となった。測定器に対するビーム由来

火災の原因は, モジュレータ電源で使用されていたプラ

Phase 2 終了から約 8 か月間の長期シャットダウン期

ン期間中, Belle II にピクセル検出器がインストールさのバックグラウンドを低減するために, HER には水平方向の可動コリメータが 1 台, LER には水平方向の可動コリメータが 3 台, 垂直方向の可動コリメータ 1 台が追加された。また, 入射器において, HER 入射のためのRF 電子銃が本格的に運用が開始された。RF 電子銃は,と思っていた矢先に, 4 月 3 日午後 9 時 45 分に入射器棟災が確認されたためにメインリングの運転を停止した。
スチック筐体のコンデンサーが発熱焼損したことであった。このコンデンサーの使用期間は約 9 年で決して長いわけではないが, 経年劣化の可能性が高く長期使用に耐えるだけの実績がなかったと言わざるを得ない。同様な事象が ATF でも過去に発生していたと聞くが, 失敗か

低エミッタンスの入射ビームを供給する。実は, 入射器

らの学習が生かされなかったことが残念である。入射器に大きく影響する。質の良いビームを供給できれば, 入

セラミック製である。現場への入域が許可されてすぐに

およびビーム輸送路の性能が SuperKEKB の性能向上

射によるバックグラウンドが低減できるし, 連続入射による高いビーム電流を維持できる。入射器とビーム輸送

ではプラスチック筐体のコンデンサーは使われておらず見に行ったが, 建屋内部は真っ黒い煤だらけで, Nextefと入射器本体とは防護壁で区切られていても, 大量の煤

路のコミッショニングは, メインリングのコミッショニ

が入射器の機器へ流入していた。また, 煤に有害物質がこでは割愛する。

ク着用での清掃, 機器交換作業は過酷なものであった。

ングと並行して行われ, 膨大な苦労話があるのだが, こ

4.1

2019a/b

含まれていることが判明したために, 防護服, 防護マス

入射器本体の火災ではなかったが, 火災からの復旧に約3 週間かかった。本来なら, 復旧までに数か月かかると思われていたが, 横断的な支援と多くの人々の努力と工2019 年 3 月 11 日から 7 月 1 日まで Phase 3 における夫により, 4 月 25 日に運転を再開することができた。

Phase 2 と同様である。HER の立ち上げを先行して行人員は少なく, 何か問題が起これば「呼び出し」で対応

最初のコミッショニングが行われた。立ち上げの要領はい, 3 月 13 日に LER の立ち上げを開始した。Phase 3 開

ゴールデンウイーク中は, 淡々と物理ランを行った。

せざるを得ない。ゴールデンウイーク明けから, 連続入始前の 2 月 23 日に陽電子ダンピングリングの出射セプ

射の試験および調整を行うこととなった。連続入射が確遅れそうになったが, 不具合がなぜか解消されてしまっ

ミノシティは著しく向上する。また, 本格的なルミノシ

タム電源の不具合が発生した。このために LER 入射が立されれば, ビーム電流を一定に保つことができ, 積分ル

たために, スケジュール通りに運転は開始された。文献

ティ調整を安定して行うことができる。このビーム光学だと思われる。ただし, 加速器と Belle II の間でのコミ

ノシティ向上に連続入射は必須である。6 月 6 日に, LER[9] に 1 週間遅れたという記述があるが, これは記憶違い

ニュケーション不足, 電源メーカーへの対応の仕方など

系では, LER のビーム寿命は 20 分程度と短いのでルミのビーム電流 650 mA と HER のビーム電流 620 mA で,とが当時の打ち合わせメモからうかがわれる。Phase 3

5.5×1033 cm−2 s−1 のルミノシティが物理ラン中に達成された。6 月下旬までに, 積分ルミノシティで 6.5 fb−1 のら始めていた Belle II からすれば, 突然, 開始が 1 週間

あり, QCS クエンチが発生した。これは「ダスト」が原

当然であろう。この不具合を追求しなかったために, 秋

この時, ビームロスによる被曝でピクセル検出器の一部の不満と加速器施設の主幹や担当者への批判があったこに向けた念入りな準備（ドレス・リハーサル）を 1 月か以上遅れるかもしれないと聞かされれば, 激怒するのもの運転で再び悩まされることになるのだが。

Phase 3 の目標は, 安定な物理ランを行い積分ルミノ

データ収集が行われた。但し, 原因不明なビームロスが因であると考えられているが確証があるわけではない。
がダメージを受けた。より高速なビームアボート・シス
テムの必要性が高まることとなった。最初の頃は QCS

7をクエンチさせると随分暗い気持ちとなったが, ある程

度なれてきていた。しかし, 測定器へのダメージと聞く

7
月 29 日にかけて, βy∗ を 2 mm まで絞り, 2019a/b 137のビー

ム光学系を再現することができた。衝突調整後は物理ラ, 「加速器 月 29ンを開始し, ,10βy∗月を312 日までに可動コリメータを調整しと青くなる。特に Belle II に対してであるが日にかけてmm まで絞り, 2019a/b のビー ,をクエンチさせると随分暗い気持ちとなったが, ある程, 自ら ム光学系を再現することができた。衝突調整後は物理ラ
連続入射モードを確立した。物理ランでのルミノシティの機器に対する安全システムを過信することなく, 測定器へのダメージと聞く
度なれてきていた。しかし

33
−2 −1
cm31
s まで向上していた。10 月 31 ,日のの身は自分自身で守ってください。
」とは言い続けていは, 6×10
Belle II に対してであるが, 「加速器, 10
月日までに可動コリメータを調整しと青くなる。特にンを開始しメンテナンス後の立ち上げで, 陽電子ダンピングリング
たつもりであったがちゃんと伝わっていなかったのかも, 自ら
連続入射モードを確立した。物理ランでのルミノシティの機器に対する安全システムを過信することなく知れないと反省している。
の身は自分自身で守ってください。
」とは言い続けてい33
からビームを取り出す装置のひとつである出射セプタム
cm− 2 s− 1 まで向上していた。10 月 31 日のは, 6×10へのビーム入射が不可能と
2019a/b の最終週にマシン・スタディを集中して行う メンテナンス後の立ち上げでの電源が異常をきたし LER, 陽電子ダンピングリング
たつもりであったがちゃんと伝わっていなかったのかもなった。このトラブルは, 2019a/b の運転開始前と同様ことになった。マシン・スタディ期間は, Belle II の HV からビームを取り出す装置のひとつである出射セプタム
知れないと反省している。

, 多くの時間が必要であの症状で, 原因を特定するにはを入れてデータ収集を行うことはない。
βy∗ を 2 mm ま の電源が異常をきたし
LER へのビーム入射が不可能と
2019a/bの最終週にマシン・スタディを集中して行う∗, 電源製作
ると思われた。また,, 連休中にもかかわらずで絞り, 同時に βx も 80 mm まで絞った。衝突点ベータ
2019a/b の運転開始前と同様なった。このトラブルは, Belle II の HVことになった。マシン・スタディ期間は∗会社に対する出張修理依頼をしなければならなかった。
関数を絞ってからは, HER の QCS で発生した放射光が, 原因を特定するには, 多くの時間が必要であの症状でを入れてデータ収集を行うことはない。
βy を 2 mm ま
その反射光がピクセル検出器 ると思われた。また, Belle II グループの方々にビームパイプに当たってこのときの対応も春と同様, 連休中にもかかわらず, 電源製作, 同時に βx∗ も 80 mm ,まで絞った。衝突点ベータ
で絞り, 加速器のパラメータ 会社に対する出張修理依頼をしなければならなかった。
に飛び込むことが起こった。これはは, 随分とご心配をおかけした。対応についても, 多くの, HER の QCS で発生した放射光が関数を絞ってからはの一つであるチューンがシンクロベータ共鳴線と呼ばれことが水面下で行われており, その反射光がピクセル検出器, Belle, その事実がランコーディ
II グループの方々にビームパイプに当たってこのときの対応も春と同様ネーターに伝わらずコミュニケーション不足であったとる不安定領域に近く, 増大したビームハローからの放射, 加速器のパラメータ, 多くのに飛び込むことが起こった。これはは, 随分とご心配をおかけした。対応についても, 幸いに光が原因であった。チューンを調整することによってピ ことが水面下で行われており思う。復旧には 4 日間を要することとなったが, その事実がランコーディの一つであるチューンがシンクロベータ共鳴線と呼ばれして春にはわからなかった原因が特定できて対策を施す
クセル検出器に当たる放射光を低減することがてきた。
, 増大したビームハローからの放射 6 ネーターに伝わらずコミュニケーション不足であったとる不安定領域に近く

月 30 日に, 約 700 mA のビーム電流で 1034 cm− 2 s− 1 を 思う。復旧には
RF 電子銃のコンディ
ことができた。この間に入射器の4 日間を要することとなったが, 幸いに光が原因であった。チューンを調整することによってピ
超えるルミノシティを達成した。Belle II ではデータ収
ショニング, HER のビーム光学補正など, できることを6
して春にはわからなかった原因が特定できて対策を施す
クセル検出器に当たる放射光を低減することがてきた。

−1
行った。
月 30集は行っていないので非公式記録ではあるが日に, 約 700 mA のビーム電流で 1034 cm− ,2 sBelleをII が ことができた。この間に入射器のRF 電子銃のコンディ

KEKB ショニング
は, 衝突点ベータ関数を絞ることに主眼がロールインして 219 日後のことである。これは
さて,, 2019c
Belle II ではデータ収
HER のビーム光学補正など, できることを超えるルミノシティを達成した。

と比べると, 約 5 分の 1 の日数である。2019a/b
置かれていたわけであるが, 運転が安定にできるように, Belle IIにおけが集は行っていないので非公式記録ではあるが行った。

, LER のビーム電流 800
mA とる最高ルミノシティは219 日後のことである。これは
KEKB
ロールインしてβy∗ を 1.5 mm, 1.2 mm, 1 mm と絞る試なってからは, 2019c は, ,衝突点ベータ関数を絞ることに主眼がさて∗HER のビーム電流
820 mA で 1.23×10
s の 置かれていたわけであるが験と物理ランを行った。
と比べると, 約 5 分の 1 の日数である。
2019a/bcmにおけ, β運転が安定にできるように
x については, 両リングともに
34

−2 −1

ルミノシティを非公式ながら記録した。
, LER のビーム電流 800 mA とる最高ルミノシティは

80 mm まで絞っていたがにコヒーレント・ビーム, βy∗ を 1.5 mm,, HER
1.2 mm,
1 mm と絞る試なってからは

ルミノシティを非公式ながら記録した。

, 60 mm まで絞ることにした。
βy∗ に対する βx∗
ついては
80 mm
まで絞っていたが, HER にコヒーレント・ビームの比率によって, この種の不安定性が起こることが知ら(ヘッドテイル) 不安定性が現れたので, HER にビーム

HER のビーム電流 820 mA で 1.23×1034 cm− 2 s− 1 の

4.2

2019c

不安定性が現れたので, HER にビーム (ヘッドテイル
βx∗) については, 両リングともに
験と物理ランを行った。

れている。最終的なマシンの性能は, 60 mm まで絞ることにした。,β物理ランでない状
Phase 3 が始まって, 最初の運転期で 1034 cm− 2 s− 1 を ついては
y に対する βx
2019c
34
−2 −1
cm s が達成された。ただし, 物
態では, 1.88×10, この種の不安定性が起こることが知ら超えるルミノシティでなかなかデータ取得ができないと の比率によって
∗

4.2

∗

34
cm− 2 s− 1 で理ランでの最高ルミノシティは, ,1.14×10
物理ランでない状れている。最終的なマシンの性能は, やはりマシン・スタディの時間を多くとっいう意味ではPhase
3 が始まって, 最初の運転期で 1034 cm− 2 s− 1 を, LER は 467 mA,あった。このときのビーム電流は, 1.88×1034 cm− 2 s− 1 が達成された。ただし, 物HERて, 秋の運転をルミノシティ向上を主目的とすることが 態では超えるルミノシティでなかなかデータ取得ができないと
34−2 −1
は 388 mA, バンチ数は 783, バンチである。この秋の運1.14×10 cm s で
2019c 秋の運転は, 理ランでの最高ルミノシティは妥当であろうということになった。
, やはりマシン・スタディの時間を多くとっいう意味では
34−2 −1の物理ランを行うことができると転で, 10 cm s
, LER は 467 mA, HER
10 月 15 日から 12 月 12 日までの 57 日間という短い運 あった。このときのビーム電流はて, 秋の運転をルミノシティ向上を主目的とすることがいう自信を持つことができた。
は 388
mA, バンチ数は 783 バンチである。この秋の運転期間である。LER の D2 地区にある垂直方向の可動コ
2019c 秋の運転は,妥当であろうということになった。
34−2 −1
リメータヘッドがビームとの衝突で損傷していたので
10 月
15 日から 12 月 12 日までの 57 日間という短い運 , 転で, 10 cm s の物理ランを行うことができると夏期シャットダウン中に交換したりと, 夏のメンテナン いう自信を持つことができた。
LER の D2 地区にある垂直方向の可動コ
転期間である。

スで真空を破った箇所があり, 立ち上げの最初には真空,リメータヘッドがビームとの衝突で損傷していたので

10 月 19 日までに
, デチューン
焼き出しが必要である。
夏期シャットダウン中に交換したりと, 夏のメンテナン

までビーム電流を蓄積してド・オプティクスで 700 mA, 立ち上げの最初には真空
スで真空を破った箇所があり, 順調な立ち上がりに見真空焼き出しを行うことができ
10 月 19 日までに
, デチューン
焼き出しが必要である。

4.3

4.3

2020a/b「2020 年夏までに 100 fb− 1 以上のデータを蓄積すること」という目標が課せられていた。これは, SuperKEKB

2020a/b, できるだけ早く「レビュー委員会からの助言である。また2020 年夏までに 100 fb− 1 以上のデータを蓄積するこ

KEKB の最高ルミノシティを超えて, ,世界最高ルミノシ
NEG
ポンプ活性化を行い, リング と」という目標が課せられていた。これはえた。10 月 21 日にSuperKEKB
700 mAまでビーム電流を蓄積してド・オプティクスでBelle IIティを達成したいという思いが, 加速器チームと, 陽電子ビーム輸送路 レビュー委員会からの助言である。またの運転を再開しようとしたところ, できるだけ早く, 順調な立ち上がりに見真空焼き出しを行うことができチームで湧き上がっていた。世界最高ルミノシティとい台の偏向磁石の上下コイル（
N 極とS 極）の渡 KEKBにあるの最高ルミノシティを超えて, 世界最高ルミノシ
10 月1 21日に NEG ポンプ活性化を行い
, リング
えた。
−2 −1
の 2.14×1034 cm
s II でうのは, 最初に述べた LHCり接続部が加熱損傷し LER の運転が不可能となった。
, 加速器チームとBelleティを達成したいという思いが, 陽電子ビーム輸送路の運転を再開しようとしたところ, 交換可能な場所であった。それでも
幸い予備機がありある。
1 台の偏向磁石の上下コイル（
N 極と S 極）の渡 , チームで湧き上がっていた。世界最高ルミノシティとい
にある

−2 −1
電磁石の交換には 4LER日間を要した。
10 月 28 日から 10 うのはBelleII のランコーディネーターは
2 年間勤められの運転が不可能となった。
, 最初に述べた
LHC の 2.14×1034 , cms
でり接続部が加熱損傷し

幸い予備機があり, 交換可能な場所であった。それでも,電磁石の交換には 4 日間を要した。10 月 28 日から 10ある。

Belle II のランコーディネーターは, 2 年間勤められ8138ていた足立さんから松岡広大さん（名古屋大学素粒子宇宙起源研究所）に交代となった。声の大きな足立さんと対照的に, 松岡さんは物静かな印象を与える人であるが,強い信念を持って行動していることがうかがわれた。交
代の準備期間はあったと思うが, いきなりの大役で慣れるまで大変だったと思う。さらに, 2020a/b はコロナウ

イルス感染拡大の影響で, いつもと異なる運転形態を強いられることとなったことが難しい判断をしなければならない場面に拍車をかけた。

2020a/b が始まって間もない, 3 月 13 日にジョン フ

ラナガンさんが亡くなったことは非常に悲しい出来事であった [10]。氏は, 闘病しながら X 線ビームサイズモニ

ター (XRM) を開発し運用を行っていた。XRM は, ビー

ム光学補正の出来具合を判断したり, 衝突調整を行うためには必要不可欠なものであった。心からご冥福を祈りたいと思う。

4.4

クラブウエスト [11] の効能は, ウエストのずれた場所で衝突する粒子を極力減らすことである。ウエストとは,ビームの断面積の極小で粒子密度の最も高くなるビーム
ライン進行方向の位置のことである。一般的に扁平ビー

ムなので, ウエストでは垂直方向（y 方向）のサイズが最も小さくなる。ビーム力学的には, ビームビーム相互作用に起因する共鳴線やビームテイルの抑制が期待される [12]。こうした検討が 2019c の運転と並行して冬のシャットダウンまでに行われた。

ナノビーム方式の場合, 衝突点に

1x∗ p∗2y
2 tan 2φx

かり, 完全なクラブウエストでは相手のビームライン上に移動する。逆に, 衝突点でリング外側の粒子は収束作用を受けてウエストは元の場所から変位に比例して近づ石として, 局所的色収差補正のための強い 6 極磁石を利用する [13]。垂直方向の局所的色収差補正は, 衝突点の両側のそれぞれで, 同じ磁場強度の 6 極磁石 2 台から構成され同一電源で制御されていたが, 電源を独立化する

改造を施し, 磁場について互いに強弱関係をつける。こうすることによって, 色収差を補正しつつクラブウエス
トを実現することができる。

しかしながら, クラブウエストには, 力学口径が小さくなるという欠点が多粒子シミュレーションの結果から知られている。力学口径が小さい, つまり力学的に安定な領域が狭いとビーム寿命が短くなる。それだけ, 高い

ビーム電流を保つことが難しくなる。

(8)というハミルトニアンを作れば, 水平方向の粒子位置に依存してウエストを変化させることができる。一方, 衝
突点に 6 極磁石が作るハミルトニアンは!
K2 s ∗ βxs
β β
Hcw = −cos ∆ψx sin2 ∆ψy x∗ p∗2y
2 y y βx∗

磁石は, 衝突点 (IP) を挟んで両側にある。

く。SuperKEKB 加速器では, クラブウエスト用 6 極磁

クラブウエスト方式

Hcw = −

図 2: クラブウエストの概念図。クラブウエスト用 6 極(9)sとなる。βx,yは 6 極磁石の場所でのベータ関数である。

したがって, 6 極磁石と衝突点との位相差 ∆ψx,y , 6 極磁石におけるベータ関数と磁場 K2 を調整することができれば, クラブウエストを実現させることができる [11]。
K2 を調整することによって, クラブウエストを 0 %か
ら 100 %まで効果を変化させることができ, これをクラブウエスト比率と定義する。図 2 に, クラブウエストの概念図を示す。

衝突点でリング内側の粒子は 6 極磁石 (衝突点に近い)

ではリング外側に位置するので, 4 極成分により発散作用を受けてウエストは元の場所から変位に比例して遠ざ

4.5

世界最高ルミノシティを目指して

2020a/b の運転は, 2 月 25 日から 7 月 1 日までの約 4か月間である。立ち上げの様子は, これまでとほとんど変わらない。3 月 9 日には, 両リングともに βy∗ を 1 mmに絞ることができた。3 月 16 日には, 世界初となる本格的なクラブウエストを LER に導入した。LER におけるクラブウエストを導入するための改造は, 冬のシャットダウン中に行われていた。まず, 手始めに 40 %のクラブ

ウエスト比から始めて, 60 %に増加させてもビーム寿命が極端に短くなることは起こらず, ルミノシティ的に良い状態が達成されたので, HER にもクラブウエストを導入しようということになった。最終的に, LER は 80 %のクラブウエスト比を採用している。クラブウエストを行うためには, もともと 1 台の電源で 2 台の電磁石を給電していたものを, 2 台の電源で 2 台の電磁石を給電するように改造する必要がある。ゴールデンウイーク前に,改造を施して HER でのクラブウエスト比を 40 %にし9139

除いて, ３号館からのリモート参加となった。コロナウ

224 nm で世界最小である。SuperKEKB 以前の世界最小値は SLC の 700 nm であった [14]。
βy∗ を 1 mm から 800 µm に絞った結果は, 「絞ればある。加速器コントロール棟に人が, なかなか集まれなあった。スペシフィック・ルミノシティは,てルミノシティ調整を行うことができた。

ゴールデンウイーク明けから, BCG は立ち上げ時をイルス感染拡大による「非常事態宣言」が出された後でくなり, 加速器運転が難しく感じるようになった。つまり, 不測の事態に対するスピーディな対応がもはやできないのである。また, 毎朝の KCG ミーティングへの参加もリモート接続推奨となった。国内外を問わず人の移動が制限され, Belle II 側も少数精鋭という体制を余儀なくされた。こうした難しい状況の中, Belle II の若手が,田中秀治さんの下で積極的に可動コリメータのチューニングを行ったり, バックグラウンドの解明に努力したりする姿が増えて心強いと感じることも確かであった。

5 月後半には, LER のタウシェック寿命を伸ばすために, エミッタンスを 1.6 nm から 4.0 nm に大きくした。
タウシェック寿命は, バンチ内粒子同士のメラー散乱によりエネルギーが変化し安定領域から外れてビームロス

スペシフィック・ルミノシティは上がる」というもので

Lsp =

L
nb Ib+ Ib−

∝

1
Σ∗y

(10)

で定義される。Ib± は、LER または HER のバンチ電流である。スペシフィック・ルミノシティは, 幾何学的条

件のみを考えると衝突点におけるビームサイズに反比例する。実際には、ビームビーム効果によるブローアップ

がバンチ電流を高くすると現れる。最後の 1 週間という短い時間での調整であったので, バンチ電流積の高い領域でのルミノシティの最適化は十分ではない。さらなる向上を 2020c に期待したいと思う。

おわりにすることで決まるビーム寿命である。エミッタンス、つ5

りタウシェック寿命は伸びる。有効的なバンチ長は, 水器の運転履歴を示す。これまでに Belle II で蓄積されたまりビームサイズを大きくすれば, 散乱頻度が小さくな

図 3 に, Phase 3 が始まって以降の SuperKEKB 加速

平ビームサイズに比例する, つまりエミッタンスの平方

積分ルミノシティは約 74 fb− 1 である。運転期間ごとのを気にする必要がある。実際のところ, 4 nm 程度ではい。したがって, ルミノシティが向上してきた要因は, βy∗

根に比例するので, これを大きくする場合, 砂時計効果

1 mm の βy∗ では影響は殆どないことが確かめられる。

また, X-Y 結合の色収差がルミノシティ性能に影響を及ぼしていると推測されていたので, LER において回転

ビーム電流を見ると, 最高電流はほとんど増加していなを絞ることによって, スペシフィック・ルミノシティを向上させてきたということである。βy∗ を絞った場合, 最初

から高いルミノシティが実現できていたわけではなく,

6 極磁石による補正が試みられた。こうした非線形な領調整を少しずつ積み重ねた結果の値である。しかしながおいて未開拓な領域であり, 今後, ビーム試験を継続し与しているのかを切り分けて説明することは非常に難し

2020a/b に お け る 最 高 ル ミ ノ シ ティは
が
34
−2−1
1 mm の と き に, 2.4×10cm s
で あ る 。こ

リメータ調整, ビーム光学系の補正等, 合わせ技による域における加速器の振る舞いは, SuperKEKB 加速器に解明する努力が推し進められていくであろう。

βy∗

れ は 物 理 ラ ン 中 に 達 成 さ れ た ル ミ ノ シ ティで あり, KEKB の 2.11×10

34

cm

−2−1

s

および LHC のら, どのパラメータが, どの程度ルミノシティ向上に寄い。クラブウエストの導入, 入射器の性能向上, 可動コ
到達点である。

ビームビーム・ブローアップがなければ, 式 (2) に従って, βy∗ を絞れば絞るほどルミノシティは上がる。しかしを超える世界最高ルミノシティでながら, 物事はそう単純ではなく, 実際にビームビーム・で 607 mA と KEKB と比較して約半分のビーム電流で力学的安定領域は狭くなりビーム寿命は短くなる。ビー34

2.14×10

cm

−2−1

s

ある。このときのビーム電流は, LER で 712 mA, HERある。

6 月最終週には, 両リングの βy∗ を 800 µm まで絞ることに成功し物理ランを行っている。ちなみに, βx∗ は

60 mm である。ついに, βy∗ の値が, mm から µm の世界に突入した。海外の研究者に βy∗ について聞かれた時に,1 mm と答えると, 驚きの表情と呆れた顔になるのが常であるが, 800 µm といえば, さらに驚愕することであろう。LER のビーム電流が 536 mA, HER のビーム電流が530 mA のときに 2.0×10

34

cm

−2−1

s

のルミノシティが達成されている。衝突点における垂直ビームサイスは,

ブローアップは観測されている。βy∗ を絞れば絞るほど,ム寿命を補うだけのビームを供給する入射器性能が必要となってくる。寿命が短ければビームロス量も増え,

Belle II 測定器に対するビーム由来のバックグラウンドが増加する。この短いビーム寿命を少しでも長くすること, バックグラウンドとビームビーム・ブローアップの抑制という長い戦いが続くことになる。

表 1 に運転期間ごとの物理ランにおける最高ルミノシ

ティを示した。今まで, 運転期ごとにルミノシティは倍増している。次も 2020a/b の 2 倍の 4×1034 cm− 2s− 1 が,2020c の目標とされている（ルミノシティ倍増計画）。

Belle II 測定器で粒子同定を行う TOP カウンターの放

10
140

射線被曝量のリミットによってビーム電流が抑制されているので, 現状では難しい状況である。これをなんとか克服して, 次のステップである 1035 cm−2s−1 を目指したいと考えている。一桁上の 1035 cm−2s−1 達成は, ア
ポロ 11 号の月面着陸に相当するのではないだろうかと思っている。

参考文献[1] T. Abe et al., “Achievements of KEKB”, PTEP
2013 (2013) 03A001.
[2] J. Wenninger and R. Giachino, “LHC Commissioning”, eeFACT2018, Sept. 2018.
[3] 大内徳人, 高エネルギーニュース 37-2, 109 (2018).
[4] P. M. Lewis et al., Nucli. Instrum. Meth. A, Vol914, pp 66-144, 2019.
[5] 船越義裕, 高エネルギーニュース 35-2, 102 (2016).

[6] 森田昭夫, 中村勇, 高エネルギーニュース 32-2, 68(2013).
[7] M. Masuzawa et al., M. Masuzawa et al., in Proc.
of IPAC2016, Busan, Korea, paper THPOR005,
2016.
[8] 大西幸喜, 高エネルギーニュース 37-3, 139 (2018).
[9] 足立一郎, 高エネルギーニュース 39-1, 9 (2020).

[10] https://cerncourier.com/a/john-flanagan-1964-2020/[11] “SuperB
Conceptual
DesignReport”,
INFN/AE-07/2, SLAC-R-856, LAL 07-15,
March 2007.
[12] M. Zobov et al., Crab Waist Collision Studies fore+ e− Factories, arXiv:0802.2667, Feb. 2008.
[13] K. Oide et al., “Beam Optics for FCC-ee Collider
Ring”, Proceedings of the 38th International
Conference on High Energy Physics (ICHEP),
Chicago, USA, Aug. 3-10, 2016.
[14] R. Assmann et al., “SLC- THE END GAME”,
Proceedings of 7th European Conference,
EPAC2000, Vienna, Austria, June 26-30, 2000.

11
141

図 3: 2019 年春から 2020 年夏までの SuperKEK 加速器運転の履歴。1 日の HER の最高電流 (上段), LER の最高電流 (中段), 最高ルミノシティ(下段)。

表 1: 運転期間, 衝突点ベータ関数の最小値, ビーム電流の最大値, クラブウエスト比率, ピーク・ルミノシティ。ピー∗
および最ク・ルミノシティは物理ラン中に記録されたものである。この表において, ピーク・ルミノシティと βx,y

大ビーム電流は対応していないことに注意。

2018a/b

2019a/b

2019c

2020a/b

Unit

Date startMar. 19

Mar. 11

Oct. 15

Feb. 25

Date end

Jul. 17

Jul. 1

Dec. 12

Jul. 1

Period

120

91

57

127

days

βx∗
βy∗

200 / 100

80 / 80

80 / 60

60 / 60

mm

3/3

2/2

1/1

0.8 / 0.8

mm

Imax

860 / 800

940 / 840

880 / 700

770 / 660

mA

Crab Waist Ratio

0/0

0/0

0/0

80 / 40%

Lpeak (×1034 )

0.26

0.55

1.14

2.40

cm− 2 s− 1