HERA（粒子加速器）

HERA（ドイツ語：Hadron - Elektron - Ring a nlage、英語：Hadron– E lectron Ring Accelerator）は、ハンブルクのDESYにある粒子加速器であった。1992年から2007年6月30日まで稼働していた。^{[1] [2]} HERAでは、電子または陽電子が320  GeVの質量中心エネルギーで陽子と衝突した。^{[3] HERAは主に}陽子 の構造とクォークの特性を研究するために使用され、今日CERN素粒子物理学研究所の大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で行われている科学研究の多くの基礎を築いた。HERAは現在まで世界で唯一のレプトン–陽子衝突型加速器であり、運動学的範囲の特定の領域ではエネルギーのフロンティアにあった。

HERAは、陽子を電子または陽電子と衝突させるために、主に超伝導磁石を使用しましたが、これも世界初でした。HERAでは、陽子の構造を従来の30倍まで正確に研究することが可能になりました。その解像度は、陽子の1/1000の大きさの構造をカバーし、クォークとグルーオンからの陽子の構成に関する多くの発見を促進しました。

HERAトンネルは地下10～25メートルの深さに敷かれ、周囲は6.3km、内径は5.2メートルです。建設には地下鉄トンネルと同じ技術が使われました。トンネル内には2つの蓄積リングが重ねて設置されています。1つは電子を27.5GeVのエネルギーに加速し、もう1つは陽子を反対方向に920GeVのエネルギーに加速します。両方のビームはほぼ光速で周回し、約毎秒 47,000回転。

リングの周囲には4 つの相互作用領域があり、 H1、ZEUS、HERMES、HERA-Bの実験で使用されました。これらの実験はすべて、国際的な研究者グループによって実行された粒子検出器でした。これらのグループは、長年の共同作業で多層の複雑な測定装置を開発、構築、実行し、膨大な量のデータを評価しました。

レプトン（電子または陽電子）は線形加速器LINAC IIで 450 MeVまで予備加速される 。そこから、レプトン（電子または陽電子）は蓄積リングDESY IIに注入され、さらに7.5 GeVまで加速されてから蓄積リングPETRAに移送され、14 GeVまで加速される。最後に、レプトン（電子）はHERAトンネル内の蓄積リングに注入され、最終エネルギー27.5 GeVに達した。この蓄積リングには、0.17テスラの磁場によってレプトンを円形の軌道上に維持する温かい（超伝導ではない）磁石が装備されている 。

陽子は元々負に帯電していた水素 イオンから生成され、線形加速器で 50 MeV まで事前加速されました。その後、陽子シンクロトロン DESY III に注入され、さらに 7 GeV まで加速されました。その後、PETRA に移送され、40 GeV まで加速されました。最後に、HERA トンネル内の貯蔵リングに注入され、最終エネルギー 920 GeV に達しました。陽子貯蔵リングでは、超伝導磁石を使用して陽子を軌道上に維持しました。

HERA のレプトンビームは、ソコロフ・テルノフ効果により自然に横方向に偏極しました。HERA 加速器に予想される特性立ち上がり時間は約 40 分でした。実験の両側にあるスピン回転子は、ビームの横方向偏極を縦方向偏極に変換しました。陽電子ビームの偏極は、横方向偏極計 (TPOL) と縦方向偏極計 (LPOL) という 2 つの独立した偏極計を使用して測定されました。両方のデバイスは、ビームの偏極を測定するために、陽電子からの円偏極光子のコンプトン散乱のスピン依存断面積を利用します。横方向偏極計は、すべての陽電子バンチの高速測定を提供するために 2001 年にアップグレードされ、位置感度シリコンストリップとシンチレーティングファイバー検出器が追加され、系統的効果を調査できるようになりました。

2007年6月30日午後11時23分、HERAは閉鎖され、^[2] 4つの実験の解体が始まった。HERAの主加速器前段であるPETRAはシンクロトロン放射源に転換され、2009年からPETRA IIIという名前で運用されている。現在、HERAトンネルの一部と24個の旧超伝導双極子磁石は、アクシオンのような粒子を探す新しいALPS実験に使用されている。^{[7] [8]}

HERA の建設は、この規模のプロジェクトとしては初めて、真に国際的に資金提供を受けたプロジェクトのひとつです。これまで、科学施設の建設は、常にその施設が所在する国が資金を提供していました。実験の費用のみが、実施する国内または海外の研究所によって負担されていました。HERA プロジェクトの規模が巨大であったため、多くの国際機関がすでに建設に参加することに同意しています。

施設建設には45以上の機関と320の企業が資金や資材の寄付で参加し、費用の20％以上は外国の機関が負担した。

HERAの例に倣い、それ以来多くの大規模科学プロジェクトが複数の国によって共同で資金提供されるようになった。このモデルは確立され、これらの施設の建設において国際協力は比較的一般的になっている。^[9]

H1は電子と陽子の衝突を観測する万能検出器で、HERAホール北に位置していた。大きさは12m×10m×15m、重量は2800トンで、1992年から2007年まで運用されていた。陽子の内部構造の探査、強い相互作用の探査、新種の物質や素粒子物理学における予期せぬ現象の探索を目的として設計された。^[10]

H1と同様に、ZEUSは電子-陽子衝突検出器であり、HERAホール南に設置されていた。大きさは12m×11m×20m、重量は3600トンで、1992年から2007年まで運用されていた。その役割はH1と同様であった。^[10]

HERA-BはHERAホール西で行われた実験で、1999年から2003年2月までデータを収集した。HERAの陽子ビームを使用して、HERA-Bの研究者は重いクォークに関する実験を行った。検出器の大きさは8m×20m×9mで、重さは1000トンであった。^[10]

HERAホール東で行われたHERMES実験は1995年から2007年まで実施された。HERAの縦偏極電子ビームは核子のスピン構造を調べるために使用された。この目的のために、電子は内部のガスターゲットで27.5 GeVのエネルギーで散乱された。このターゲットと検出器自体は、スピン偏極物理学を特に考慮して設計された。検出器の大きさは3.5 m × 8 m × 5 mで、重さは400トンであった。^[10]

• クラス
• LEPS

• DESYのHERAウェブサイト

北緯53°34′52″ 東経9°53′13″ / 北緯53.581° 東経9.887° / 53.581; 9.887