なぜ最先端の科学の現場で加速器の中にフェレットが入れられていたのか？

イリノイ州バタヴィアにあるフェルミ国立加速器研究所(FNAL)は、超伝導磁石を用いた大型の陽子・反陽子衝突型加速器テバトロンを有する施設です。トップクォークの検出に成功したことでも有名な同研究所は、ロバート・ラスバン・ウィルソン初代所長が企画・建設を担当し、1967年から現在に至るまで素粒子物理学などに関する研究を続けています。設立当初、FNALではハイテクトラブルを解決するために非常にローテクな解決策が用いられており、その中心にはなぜか「フェリシア」という名前のフェレットがいたことが明らかになっています。

Why Physicists Tried to Put a Ferret in a Particle Accelerator - Atlas Obscura
https://www.atlasobscura.com/articles/felicia-ferret-particle-accelerator-fermilab

「原子炉の父」ことエンリコ・フェルミにちなんで「フェルミ国立加速器研究所」と名付けられたFNALは、線形加速器(リニアック)、ブースター、リサイクラーリング、メインインジェクターリングから成る加速器を有しています。

リニアックは陽子線とエネルギーを提供するためのもので、ブースターがそれらを加速。リサイクラーリングはより強いビームを得るために陽子をひとまとめにし、メインインジェクターリングはリサイクラーリングにより生成されたビームを閉じ込めて何万回も回転させることで、ビームを光の速度まで加速させます。

FNALの建設風景を収めた写真

by U.S. Department of Energy

1971年に戻ると、FNALの加速器の設計は少し異なっていました。現在の加速器と異なるポイントは、メインインジェクターリングおよびリサイクラーリングが存在しなかったという点。当時の加速器では、4マイル(約6.4km)もの長さの「メインリング」と呼ばれるものがこれらの代わりをしていました。このメインリングには内部を通る粒子ビームを導くための「双極子磁石」がなんと774個も搭載されており、さらにその粒子ビームを収束させるための「四重極磁石」が240個搭載されていたとのこと。

これらの磁石はそれぞれ20フィート(約6.1メートル)ほどの長さで、重さはなんと約13トンもあります。これらの磁石が非常に脆弱で、加速器稼働からわずか2日でコイル周りのガラス繊維の絶縁が壊れてしまい2つの磁石が故障。それから数か月で、加速器はなんと350個もの磁石を交換する羽目になったそうです。

それでも1971年6月30日に、なんとか粒子ビームをメインリング周りにまで送ることに成功。しかし、加速器で加速される粒子のエネルギーが70億電子ボルト(eV)を超えたところで、磁石が再びショートしてしまいます。加速器の故障原因について調査したところ、「加速器に使用する真空ダクトの中に金属の細片が残っていたこと」が原因であると判明したそうです。

この故障の原因を取り除くために用いられたのが、フェレットのフェリシアでした。以下の写真は当時の加速器に使用されていた長さ300フィート(約91メートル)の真空ダクトと、その中をゴミ掃除のために走り回ったフェレットのフェリシア。

フェレットが真空ダクト内を掃除できるかもしれないというアイデアを最初に出したのは、イギリス人エンジニアのロバート・シェルドン。FNALの元ヘッドであるフランク・ベックは、「ヨークシャーのシェルドンの住んでいた地域では、フェレットをハンターとして使用していました」と書いています。

FNALはミネソタ州ゲイロードにあるファームから特別に、全長15インチ(約38cm)の小型のフェレットを調達します。このフェレットはファームの中でも1番小さな個体で、毛皮は顔の白い斑点を除き、茶色と黒色でした。FNALはフェレットを35ドル(3900円)で購入し、フェリシアと名付けられました。

フェリシアが真空ダクトの中でフンをしてしまうと、このフンも陽子を止める邪魔ものになってしまいます。そこで、フェリシアの首回りに糸をつけ、これに洗剤を浸した綿棒をくくりつけ、真空ダクトの中のゴミやフンを掃除できるよう工夫が施されました。しかし当初、フェリシアはメインリングの真空ダクトに入ることを拒んでしまったそうです。

1970年頃にFNALで建設されていた加速器の真空ダクト

by U.S. Department of Energy

いきなり長く真っ暗な真空ダクト内を走るのは辛いだろうということで、12インチ(約30cm)幅のチューブの中で真空ダクトの中を走る練習を実施。これによりフェリシアは徐々に長い真空ダクト内を走れるようになっていったそうです。初めてフェリシアを真空ダクト内で走らせた際、「フェリシアは少し疲れて悩まされたように見えるが、それ以外はかなり健康的に見える」とベックは記しています。また、フェリシアを走らせてみたところ、綿棒が真空ダクト内を通り、きれいにホコリと金属の細片を集めてくれたとのこと。

フェリシアがメインリングの真空ダクト内を走ったことについて、FNALのアーキビストであるValerie Higgins氏は、フェリシアが真空ダクト内を走ったことで危険にさらされることはなかったと述べています。当時のスタッフによると、フェリシアのお気に入りの食べ物は鶏肉やレバー、魚の頭、生のハンバーガーなど。ファームにスペースがない時には何人かの従業員が自宅にフェリシアを連れ帰り、一緒に夜を過ごすこともあったそうです。

一方、エンジニアのHans Kautzky氏はメインリングの真空ダクトを掃除するために、1ダースの絶縁体ディスクをステンレススチールの棒にくくりつけることで、700メートルもある柔軟な掃除用ケーブルを作成。これを永久磁石と共に取り付けることで、フェレットなしでも真空ダクト内をすべて掃除できるようになったそうです。

さらに、開発チームはシステムをショートさせることなくエネルギーレベルを上げることに成功しており、当初の目標を達成したことで、フェリシアのFNALでの役割はほぼ終わりを迎えることとなります。FNALでの仕事を終えた後、フェリシアは1972年の5月9日に死亡。剖検の結果、死因は腸管内で膿瘍が破裂したことであると判明します。

そんなフェリシアに関する記録はほとんど残っていないそうで、アーキビストのHiggins氏は「フェレットを用いた掃除が行われたという証拠を見つけたことは一度もないし、今ではそれが行われたことを覚えている人は誰もいません」と語っています。Higgins氏はフェリシアと共に働いたことがある人などに当時のことを聞こうとしたそうですが、長らく時間が経過しているため多くの関係者が死亡しており、多くの情報を得ることはできなかったとのことです。