原文筆者：Kelly Zegers
10 年以上の歳月をかけて開発された先進的な粒子検出器は、組み立てから実際の実験に移行しました。
sPHENIXの組み立ては、20トンの超電導磁石を全国のブルックヘブン研究所に輸送し、大型の検出器を所定の位置に吊り上げ、繊細な粒子トラッキングコンポーネントを正確に取り付けるなど、慎重に調整された物流、工学、科学の偉業でした。
最先端の sPHENIX 検出器は完全に組み立てられており、粒子衝突のスナップショットを取得する準備が整っています。 組み立ての完了は、検出器が建設プロジェクトから、ブルックヘブン国立研究所の核物理研究のための米国エネルギー省科学局のユーザー施設である相対論的重イオン衝突型加速器（RHIC）での実験の実行への移行を示すものです。
「これは、sPHENIX のコンセプトに10年以上取り組み、検出器としての具体的な実現に 7～8年にわたって取り組んできた何百人もの人々のキャリアの中で、まさに大きなマイルストーンです」とMITの物理学者でsPHENIXの共同広報担当のGunther Roland氏は述べています。「現在、私たちが開発してきたデバイスを実用化するまであと数日です。」
来週 RHIC Run 23 が始まり、sPHENIX チームが住宅サイズの 1000 トンの検出器の試運転を開始するときに起こります。
「今回の実行の焦点は、sPHENIX が我々の期待どおりに動作するかどうかを確認することです」とRoland氏は語った。 「その後、すべてが順調に進み、それが計画通りであれば、今年の実行の一部を実際の物理学の実行に費やし、RHIC ではこれまで達成できなかった速度でデータを取得できる予定です。」
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建設キャップストーン
これまで、sPHENIX プロジェクトは、検出器の構築と検出器が動作する施設のアップグレードの両方を行う組織的な取り組みでした。
「検出器自体を構築するための多くの努力は、ブルックヘブンから離れた米国および世界中の協力機関で行われています」とブルックヘブン研究所の物理学者であり、sPHENIXの共同広報担当者のDave Morrisonは述べました。 「そのような人たちが研究室に来ることもあり、多くの学生が研究を手伝ってくれました。 しかし、それらは一種のエピソード的なものでした。 今、私たちはこれらすべての人々が sPHENIX に集まってきており、プロジェクトからコラボレーションへの大きな引き継ぎが行われています。」
過去2年間にわたり、sPHENIXプロジェクトチームは、慎重に調整された物流、エンジニアリング、科学の偉業を成し遂げました。RHICが稼働を続け、STAR検出器でデータを取得している間、sPHENIXの乗組員は詳細な設置計画を実行しました。作業の範囲は、実験の基礎となる20トンの円筒形超電導磁石の設置から、その磁場のマッピング、時間投影チャンバーの設置、検出器ボリューム内の数百万チャネルの高度な粒子追跡コンポーネントの正確な位置決めまで多岐にわたりました。
sPHENIXチームは、世界中の主要コンポーネントの出荷の調整、新型コロナウイルス感染症のパンデミックと国際紛争によってもたらされたサプライチェーンの混乱への対応、重要な検知器コンポーネントを破壊した商業倉庫火災からの復旧、ベンダーとブルックヘブン研究所スタッフの両方の渡航制限の管理、企業や協力機関の数か月にわたる閉鎖を乗り越えるなど、多くの課題に取り組みました。そして、リモートワーク環境でコラボレーションするための新しい方法を考案します。
4月初旬に設置された最終的な検出器コンポーネントは、プロジェクトの中で最も複雑な組み立て作業の 1 つとなりました。
sPHENIXの繊細でコンパクトなmicro vertex(MVTX)シリコン検出器は、長さ約 1 フィート、直径 3.5 インチです。 その最終的な設置点は、INTTとして知られる大型の超高速シリコンストリップ検出器内にあり、乗組員は3月にこの検出器の設置に成功しました。 飛跡は、INTT 内と、RHIC ビームが光速に近い速度で循環する壊れやすいベリリウムビームパイプの周囲に、わずか約1ミリメートルの隙間を設けてMVTXを所定の位置にスライドさせることでした。
MVTX 検出器の詳細
「INTT とビームパイプの間のスペースに MVTX を挿入するのは、私たちが半年かけて練習した、まさに綱渡りのような作業でした。したがって、最終的には非常にスムーズに進みました」とRoland氏は語ります。
ビームパイプが損傷すれば大惨事になるはずだったので、MVTX が設置されたときは誰もが安堵のため息をつきました。
「今やビームパイプはこれ以上に保護された場所にはない」とMorrisonは語った。 「その周りには何千トンものsPHENIXがあり、それを守っています。」
設備のアップグレード「sPHENIX 検出器の構築がプロジェクトの最も素晴らしい部分でしたが、作業の半分以上には、sPHENIX をサポートするために古いPHENIX施設をアップグレードすることが含まれていました」とsPHENIXプロジェクトディレクターのEd O'Brienは述べています。 sPHENIX は、オリジナルのRHIC検出器の1つであるPHENIXがあった複合施設を利用しています。 その建物が最後に改修されたのは1990年代半ばでした。
多くの最新の設備と同様に、sPHENIXには水、電気、安全および保護システム、電子機器の冷却、コンピューティング、特殊ガス、装備および昇降システム、さらに検出器にアクセスするための機能が必要です。
「専任の技術者、エンジニア、設計者、測量士、電気技師、大工、設置作業員、安全担当者からなる優秀なグループが、sPHENIX検出器の設置と並行してsPHENIXの施設をアップグレードしました」とO’Brienは述べています。「この研究を実行するチームは、研究所の衝突型加速器部門（C-AD）、物理学部門、先端技術研究室、施設および運用部門、国立シンクロトロン光源II、および外部の協力機関から来ました。調達および資産管理、計画、パフォーマンス、品質管理局、環境、安全、健康、核素粒子物理学総局、事業運営部門からも重要な貢献がなされました。」
「すべてがsPHENIXの完成に重要な役割を果たしました。 これは真に研究室全体の取り組みの完璧な例です。彼らがこれを可能にしたのです」とO’Brienは語りました。
ブルックヘブン研究所の物理学者であり、ブルックヘブン研究所の最初のsPHENIX従業員の一人であると自称するsPHENIXプロジェクト科学者のJohn Haggerty氏は、「国立研究所で働くことは、信じられないほどの国家資源である。sPHENIXのエンジニアと技術者のグループは、間違いなく優秀である」と述べました。「一緒に仕事をすることができる最高のグループです。彼らは本当に素晴らしいです。」
Morrison氏は次のように述べています。「sPHENIXに加わったC-ADの労働力は素晴らしく、新しいものを構築し、設置し、専門知識を持っているすべてのことを行っています。そして私たちsPHENIXは彼らの専門知識に全面的に依存しており、その専門知識から多大な恩恵を受けています」
「コラボレーションのメンバーではない人々も、非常に興奮しています」と彼は付け加えた。
検出器の提案から設計と構築への参加、そしてそれが実現するまでのプロセス全体を振り返り、Rolandは次のようにまとめました。「これは、実験物理学者にとって、運が良ければ一生のうちに数回しか訪れない機会です。」
RHICは、DOE科学局ユーザー施設です。
sPHENIXとRHICでの運用は、DOE科学局から資金提供を受けています。
ブルックヘブン国立研究所は、米国エネルギー省科学局の支援を受けています。Office of Science は、米国の物理科学における基礎研究の最大の支援者であり、現代の最も差し迫ったいくつかの課題に対処するために取り組んでいます。詳細については、science.energy.govをご覧ください。
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