全長100km・総工費3兆円という世界最大の粒子加速器の建設プロジェクトをCERNが発表

スイスにあるLarge Hadron Collider(LHC、大型ハドロン衝突型加速器)は全長およそ27kmもあり、記事作成時点で世界最大の円形衝突型加速器として知られています。2019年1月、ヨーロッパ原子核研究機構(CERN)はLHCのおよそ4倍もの大きさのある超巨大衝突型加速器「Future Circular Collider(FCC、未来円形衝突型加速器)」の建設プロジェクトの概要を発表しました。全長100kmの加速器を完成させるまでにかかる総費用はおよそ3兆円で、すべての施設が稼働するのは2050年代後半とされています。

International collaboration publishes concept design for a post-LHC future circular collider at CERN | CERN
https://home.cern/news/press-release/accelerators/international-collaboration-publishes-concept-design-post-lhc

スイス・ジュネーブ郊外の地下100mに存在するLHCはCERNによって建設され、2009年に稼働を開始しました。LHCの直径はおよそ8.6km、全長はおよそ27kmという巨大な実験装置で、そのサイズはおよそ山手線1周分に相当します。LHCは1232本の超伝導マグネットとリング状の加速空洞、6つの実験施設を抱えていて、陽子や重イオンを衝突させることで素粒子の発見や観察を行っています。2012年には実験施設の一つ「ATLAS」でその存在が理論的に予言されていたヒッグス粒子を発見するなど、LHCは実証が難しい素粒子物理学の最先端を走る施設です。

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2019年1月15日、CERNはLHCよりもはるかに巨大な加速器となるFCCを建設するプロジェクトの概要を発表しました。この概要によると、FCCはLHCのおよそ4倍となる円周約100kmの円形衝突型加速器になるとのこと。FCCの設計研究は、150以上の大学・研究機関・企業と1300人以上の協力を仰ぎながら、5年の歳月をかけて行われたそうです。

CERNは「暗黒物質や反物質の観測を行うためにはこれまでの標準モデルを超える物理学が必要になる」と主張していて、「FCCはこれまでにないエネルギーと強度で電子－陽電子、陽子－陽子、イオン－イオンの衝突を観測できるようになるだろう」と述べています。

CERNの加速器および技術担当管理者のFrédérick Bordry氏は「FCCの最終目標は最大100TeV(テラ電子ボルト)のエネルギー出力が可能な超伝導陽子加速器リングを提供することですが、まずは電子－陽電子衝突の実験装置建設を予定しています」とコメントしていて、LHCの陽子ビームエネルギーが7TeVであることを考えると、FCCはLHCよりもはるかに巨大なエネルギーを出力できる模様。

以下の画像はFCCで陽子ビームの加速に使われる16テスラの超伝導電磁石の試作品で、LHCに使われている超伝導電磁石のほぼ倍となる強さの磁場を形成できます。

FCCのトンネル土木工事には50億ユーロ(約6200億円)がかかり、最終的に超伝導陽子加速器の建設まで行うと総額で240億ユーロ(約3兆円)が必要になるとCERNは算出。FCC自体の稼働は2040年までには始まり、最終目標である超伝導陽子加速器の稼働が開始するのは早くても2050年代後半になるとしています。