AGAINST COVID-19コロナ禍を経て、
研究は新天地へ―
2020年の研究記録を振り返る
新型コロナウイルスのパンデミックにより、世界は未曾有の危機に直面している。素粒子物理実験も例外ではない。海外の研究拠点を軸とした国際共同実験であるがゆえに、国境封鎖や研究活動制限の影響は当然大きかった。しかし、研究の遠隔化や自動化を試行錯誤するなかで、研究の新たな進め方が見えてきた。
スイスのジュネーブにあるCERN（欧州合同原子核研究機構）のLHC（大型ハドロン衝突型加速器）は、2020年の年初は運転停止中で、2021年からの第3期実験（Run3）に向けて加速器の増強計画が進んでいた。ATLAS実験でも、Run3のために検出器のアップグレードが現地で進行していた。
スイスで初の感染者が確認されたのは2月25日。3月に入ると感染者が一気に増加した。隣国フランスの状況も急速に悪化するなかで、3月15日にCERN全体をロックダウンする方針を決定。翌日、ATLAS実験グループが地下実験施設の電源を全て落とす作業を行なうと、3月20日にCERNがロックダウンし、構内から人が消えた。
国境封鎖が目前に迫り、現地にいた教員・学生5名は日本へ急遽帰国の途へ。地上で稼働するコンピュータのメンテナンス等に携わる教員4名だけが現地に残ることとなった。
CERNのロックダウンが続くなか、研究者たちは電子機器を動かすソフトウェアの開発や、取得済みデータの解析などをリモートで進めることができた。また中止になった3月の国際会議の代わりに、Zoomを使ったCERN主催のウェビナーが4月に開催、研究成果を発表することもできた。
欧州の感染状況が沈静化してきた5月5日、CERNの活動再開に向けた「新しい健康安全対策」が示された。感染対策徹底を条件に、5月18日から少しずつ入構再開。ATLASの実験機器にも電源が投入され、活動正常化に向けて動き始めた。
入構人数の制限のため、現場での機器接続作業やトラブル対応などが遅れがちだったが、遅れをリカバリーしながら作業や研究を進めていく。
ATLASの各国チームで製作している検出器の統合テスト「Milestone Week」も実施された。本来は研究者たちがATLASのコントロールルームに集まって行なうが、5月に実施された第1回テストは日本の各大学からリモートで参加。6月の第2回テストからは、日本チームのエキスパートがKEK（高エネルギー加速器研究機構）に集まり、リモート参加できる体制を整えた。日本チーム内での情報共有がスムーズになり、各種機器の開発・コミッショニングが効率よく進んでいった。
7月に入ると、東大の活動制限指針がレベル0.5（一部制限）に引き下げられ、教員3名・学生1名が段階的に現地へ赴き、作業を行なえるようになる。10月19日の第4回テスト時に、CERNはようやく正常運転モードに復帰。23日には、Run3を2022年2月以降に始めることが正式決定された。
欧州での感染第2波の影響で、一般的な研究者はCERN入構が週2日に制限されることに。活動制限が続くなか、Run3開始に間に合わせるべく、現地作業とリモート研究を並行し、新型検出器の接続試験やシステム改良を急ピッチで進めている。
ATLAS全体での検出器統合コミッショニング（Milestone Week）を効率良く進めるため、日本国内ではKEKに各エキスパートが集まり、開発推進の方策が練られ、準備研究が行われた。写真は、ICEPP教員と大学院生、名古屋大学の大学院生が9月29日にKEKの検出器テストベンチを使って初の作業した時の様子。
スイス・チューリッヒ郊外のPSI（ポールシェラー研究所）で行なわれているMEG実験。現在は、第2期実験（MEG II）に向けて準備を進めている。実験に使われるPSIの加速器は、2020年年初から4月初めまでの予定でシャットダウンされていた。
スイスでの感染が急速に広まり、3月16日にスイス連邦政府は「異常事態」を宣言。国境管理などの厳格な対策を講じることを発表する。同日、PSIは研究所内での活動制限を「レベル3」とし、所内で活動できる従業員数を通常の15～20％以内と決めた。これにより、シャットダウン中の加速器のメンテナンス作業は約2ヶ月中断することに。
しかし、MEG実験グループの対応は早かった。学生2名を帰国させ、教員2名が検出器の非常時対応に留まった。次に、日本・スイス・イタリアの責任者3名が調整を図り、PSIのロックダウンと停電の可能性を考え、実験に必須で高価な900リットルの液体キセノンを全てガス化し高圧ガスタンクに回収することを決定。PSIから特別に許可を得て、約20日間かけて回収。4月半ばには教員1名も帰国し、残った教員1名が現地対応を続けた。
5月11日からPSIの活動制限が「レベル2」に緩和、40～50％の従業員の入構が許され、加速器のメンテナンス作業も再開した。だが実際は、現地の教員が検出器メンテナンスのための月1回入構したのみ。コロナ禍前より、ウェブによる実験装置の遠隔運転やモニター、計算機資源の共有など、共同研究のリモート体制を確立しており、教員・学生は前年度の取得データを使い、解析やシミュレーションなどを行なった。研究の進捗状況の確認や情報交換には、ZoomやSlackなどのツールが用いられた。
7月初旬に加速器のメンテナンスが終了、7月20日から、加速器のビームを使った研究が、PSI所属の研究者にのみ許された。ただ、ガス化したキセノンを液体に戻す作業などは7月下旬以降、PSIから特別な許可を得て順次進めることができた。
9月1日より、外部ユーザーもPSIへ入構できるようになり、MEG実験グループも加速器のビームを使った検出器試験の再開に向けて準備を進めることに。教員に続いて学生らも、PSIから招聘レターを大学に出してもらい、特別な許可を得てPSIへ向かった。
10月初旬、いよいよビームを使った検出器の試験を開始。年初時点での予定より4カ月遅れとなった。試験データ取得時のシフト要員2名のうち1名は現地、1名はリモートの体制とし、さらに夜中は2名ともリモート対応とした。夜中のリモートシフトは、時差を活用し、その国では日中となる研究者に入ってもらうように調整した。
11月以降、感染第2波の影響で、PSIでは再び活動制限レベルが引き上げられた。但し、ビームを使った実験を行なう場合は外部ユーザーも許可されたため、MEG実験グループは試験を継続している。今春ようやく揃った全チャンネルの電子回路を実装し、今年中の実験開始を目指す。
