「質量の起源探し」開始 ビッグバン状態再現する加速器 [科学系よもやま話]
宇宙誕生の「ビッグバン」直後の高温・高密度状態を再現可能な粒子加速器ＬＨＣで３０日午後、衝突エネルギー７兆電子ボルトの陽子衝突実験に初めて成功し、物理的な観測データの採取に入ったと、ニュースになっていました。
現在最大の加速器は、この記事で紹介されているスイス、ジュネーブ郊外の欧州原子核研究機構（ＣＥＲＮ）が所有するＬＨＣ（Large Hadron Collider：大型ハドロン衝突型加速器）です。その周長は約２７km。山手線と同じサイズ・・・とんでもない大きさです。
何故こんなに大きいのでしょう？その理由の一つは円形だからです。円形型の加速器の利点は、粒子が同じところを何度も回っている間に、徐々に加速すれば良いということです。一回の加速の力は、さほど大きくなくても良いですし、円周の少なくとも一箇所に加速器があれば、ぐるぐる回る間にどんどん加速させられます。これは、なかなか捨てがたいメリットです。
しかし、加速された粒子は直進しています。これを曲げるには磁石が使われるのですが、速度が上がった粒子を曲げる為にはより強い磁場が必要となります。しかし当然限界がありますよね。すると曲率は小さくても半径が大きな円ならって考えになるんですね。
その結果、大きなエネルギーを得るために、円形加速器はどんどん大きくなっていきました。
試しに、欧州合同原子核研究機関（ＣＥＲＮ）のＬＨＣ。ＬＨＣが稼動する前には、世界一の大きさを誇ったフェルミ国立加速器研究所テバトロン（Ｔｅｖａｔｒｏｎ）、そして日本最大の加速器ＫＥＫＢ（つくば市）の大きさを比較してみました。
最近はgoogleマップなどで見ることも出来て便利です。ＬＨＣは地上施設以外全く見えませんが、ＴｅｖａｔｒｏｎとＫＥＫＢは、地上の道路などからその形状が衛星からも捉えられますよ。お見せしたかったのですが、googleマップの画像を加工してアップするのは、版権があるので止めました。
そのかわり、以下に、各施設の経緯度を載せておきます。ご自分でご覧下さい。
ＬＨＣ（ＡＴＬＡＳ：46° 14′ 0″ N, 6° 2′ 49″ E）
テバトロン（Ｔｅｖａｔｒｏｎ）：41° 49′ 54.85″ N, 88° 15′ 6.17″ W
ＫＥＫＢ：+36° 9' 8.16", +140° 4' 9.57"
※ＬＨＣは大きいので、ＡＴＬＡＳの位置を記載しました。
次世代は、更に大きくなるのでしょうか？一応円形加速器は、これ以上大型化はしないようです。ＬＨＣの次世代では、リニアーコライダーを国際協力で建設することになるそうです。これは“International Linear Collider（ＩＬＣ）と呼ばれるのですが、そのうちご紹介したいと思います。
話は逸れますが、大型でない加速器ってどんな物があると思いますか？私達が気が付かないだけで、生活の中には加速器が沢山あるんですよ。
例えば、最近すっかり液晶にとって代わられた感もありますが、ブラウン管テレビ（モニタ）です。ブラウン管は、陰極からの電子が約２万ボルトの電位差で加速される加速器です。２０keVのエネルギーを持った電子が、ブラウン管の発光面に衝突することで発光しているんです。蛍光灯も中で電子を加速して発光面にぶつける事で光を得ている加速器の一種といえます。更に電子レンジは、マイクロ波を照射して中の水分子にエネルギーを加えます。また、医療用機器としても、最近はがん治療などに急速に加速器が普及してきました。
こう考えると、加速器って巨大な物だけじゃない事が分かりますね。加速器については、色々な所で、分かり易く解説されていますが、やはり高エネルギー加速器研究機構（ＫＥＫ）が一番でしょう。特に子供向け解説は、よく分かってない大人が読むにも最適な内容だと思います。私のイチオシはこれ。騙されたと思って読んでみてください。随分加速器が見近に感じますから。
『ＫＥＫキッズサイエンティスト（リンク）』
参考資料：
『高エネルギー加速器研究機構（KEK）Webサイト（リンク）』
『加速器の現状と将来（pdfファイル）』（原子力委員会 研究開発専門部会 加速器検討会）
現在最大の加速器は、この記事で紹介されているスイス、ジュネーブ郊外の欧州原子核研究機構（ＣＥＲＮ）が所有するＬＨＣ（Large Hadron Collider：大型ハドロン衝突型加速器）です。その周長は約２７km。山手線と同じサイズ・・・とんでもない大きさです。
何故こんなに大きいのでしょう？その理由の一つは円形だからです。円形型の加速器の利点は、粒子が同じところを何度も回っている間に、徐々に加速すれば良いということです。一回の加速の力は、さほど大きくなくても良いですし、円周の少なくとも一箇所に加速器があれば、ぐるぐる回る間にどんどん加速させられます。これは、なかなか捨てがたいメリットです。
しかし、加速された粒子は直進しています。これを曲げるには磁石が使われるのですが、速度が上がった粒子を曲げる為にはより強い磁場が必要となります。しかし当然限界がありますよね。すると曲率は小さくても半径が大きな円ならって考えになるんですね。
その結果、大きなエネルギーを得るために、円形加速器はどんどん大きくなっていきました。
試しに、欧州合同原子核研究機関（ＣＥＲＮ）のＬＨＣ。ＬＨＣが稼動する前には、世界一の大きさを誇ったフェルミ国立加速器研究所テバトロン（Ｔｅｖａｔｒｏｎ）、そして日本最大の加速器ＫＥＫＢ（つくば市）の大きさを比較してみました。
最近はgoogleマップなどで見ることも出来て便利です。ＬＨＣは地上施設以外全く見えませんが、ＴｅｖａｔｒｏｎとＫＥＫＢは、地上の道路などからその形状が衛星からも捉えられますよ。お見せしたかったのですが、googleマップの画像を加工してアップするのは、版権があるので止めました。
そのかわり、以下に、各施設の経緯度を載せておきます。ご自分でご覧下さい。
ＬＨＣ（ＡＴＬＡＳ：46° 14′ 0″ N, 6° 2′ 49″ E）
テバトロン（Ｔｅｖａｔｒｏｎ）：41° 49′ 54.85″ N, 88° 15′ 6.17″ W
ＫＥＫＢ：+36° 9' 8.16", +140° 4' 9.57"
※ＬＨＣは大きいので、ＡＴＬＡＳの位置を記載しました。
次世代は、更に大きくなるのでしょうか？一応円形加速器は、これ以上大型化はしないようです。ＬＨＣの次世代では、リニアーコライダーを国際協力で建設することになるそうです。これは“International Linear Collider（ＩＬＣ）と呼ばれるのですが、そのうちご紹介したいと思います。
話は逸れますが、大型でない加速器ってどんな物があると思いますか？私達が気が付かないだけで、生活の中には加速器が沢山あるんですよ。
例えば、最近すっかり液晶にとって代わられた感もありますが、ブラウン管テレビ（モニタ）です。ブラウン管は、陰極からの電子が約２万ボルトの電位差で加速される加速器です。２０keVのエネルギーを持った電子が、ブラウン管の発光面に衝突することで発光しているんです。蛍光灯も中で電子を加速して発光面にぶつける事で光を得ている加速器の一種といえます。更に電子レンジは、マイクロ波を照射して中の水分子にエネルギーを加えます。また、医療用機器としても、最近はがん治療などに急速に加速器が普及してきました。
こう考えると、加速器って巨大な物だけじゃない事が分かりますね。加速器については、色々な所で、分かり易く解説されていますが、やはり高エネルギー加速器研究機構（ＫＥＫ）が一番でしょう。特に子供向け解説は、よく分かってない大人が読むにも最適な内容だと思います。私のイチオシはこれ。騙されたと思って読んでみてください。随分加速器が見近に感じますから。
『ＫＥＫキッズサイエンティスト（リンク）』
参考資料：
『高エネルギー加速器研究機構（KEK）Webサイト（リンク）』
『加速器の現状と将来（pdfファイル）』（原子力委員会 研究開発専門部会 加速器検討会）
2010-04-03 00:00
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＞ブラウン管テレビ（モニタ）です。ブラウン管は、陰極からの電子が約２万ボルトの電位差で加速される加速器です
そうだったのですね。これは面白い。蛍光灯も加速器。そういう見方があるのですね！
by アヨアン・イゴカー (2010-04-04 18:28)
アヨアン・イゴカーさん、こんばんは。
加速器というと大きな円形加速器というイメージがありますが、結構身近でしょう？
まあブラウン管テレビは、最近殆ど見かけなくなりましたが＾＾；
by optimist (2010-04-11 22:12)
＞特に子供向け解説は、よく分かってない大人が読むにも最適な内容だと思います。
加速器に限らず、何にでも言えることですね。ただここの場合、物理が好きという条件がつきますが。
by 北海道大好き人間 (2010-06-14 23:03)