국제 선형 충돌기
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1. 개요
국제 선형 충돌기(ILC)는 입자를 직선으로 가속하여 충돌시키는 차세대 입자 가속기 프로젝트이다. 이 프로젝트는 2000년대 초반 여러 선형 충돌기 프로젝트의 통합으로 시작되었으며, 전자와 양전자를 충돌시켜 힉스 보손, 암흑 물질, 여분 차원 등 표준 모형을 넘어서는 물리학 연구를 목표로 한다. ILC는 전자와 양전자의 충돌을 통해 쿼크, 반쿼크, 글루온의 복잡한 충돌보다 더 정확한 측정을 가능하게 할 것으로 기대된다. 2007년 설계에 따르면 ILC는 총 연장 31km의 부지에 각각 11.3km 길이의 두 개의 주 선형 가속기를 포함하며, 각 가속기는 250GeV까지 빔을 가속할 수 있다. ILC는 일본 유치를 추진했으나 높은 건설 비용으로 인해 어려움을 겪고 있으며, 2022년 일본 정부는 ILC 계획을 보류했다. 현재 국제 협력 강화와 재정 지원 확보가 과제로 남아있다.
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| 국제 선형 충돌기 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 명칭 | 국제 선형 충돌기 |
| 영어 명칭 | International Linear Collider (ILC) |
| 목표 | |
| 주요 목표 | 힉스 입자의 성질을 정밀하게 측정하고, 초대칭성 입자나 암흑 물질 후보와 같은 새로운 입자를 발견하는 것 |
| 추가 목표 | 쿼크-글루온 플라스마 연구와 같은 다른 연구 분야에도 기여 |
| 기술적 특징 | |
| 유형 | 선형 가속기 |
| 충돌 입자 | 전자와 양전자 |
| 에너지 수준 (최초 단계) | 250 GeV (기가전자볼트), 최대 500 GeV까지 확장 가능 |
| 가속 방식 | 초전도 무선 주파수 기술 |
| 길이 | 약 31 킬로미터 |
| 빔 충돌 빈도 | 높은 광도 (high luminosity)를 목표로 설계 |
| 진행 상황 | |
| 제안 | 2000년대 초반에 개념이 제안됨 |
| 기술 설계 보고서 | 2013년에 기술 설계 보고서 (Technical Design Report, TDR) 발표 |
| 후보지 | 일본 (기타카미 산맥)이 유력한 후보지로 고려되었음 |
| 현재 상황 | 재정적, 정치적 문제로 인해 건설이 지연되고 있음 미래 입자 가속기 프로젝트에 대한 논의가 진행 중이며, 국제 선형 충돌기 (ILC)는 여전히 중요한 후보 중 하나임 |
| 협력 및 조직 | |
| 국제 협력 | 전 세계 여러 국가의 연구 기관과 과학자들이 참여하는 국제 협력 프로젝트 |
| 주관 기관 | 선형 충돌기 협력단 (Linear Collider Collaboration, LCC) |
| 기대 효과 | |
| 물리학 | 표준 모형을 넘어서는 새로운 물리학 이론을 탐구하는 데 기여 우주의 기원과 진화에 대한 이해를 높이는 데 기여 |
| 기술 | 초전도 기술, 극저온 기술, 정밀 계측 기술 등 첨단 기술 발전에 기여 |
| 기타 | |
| 관련 프로젝트 | 유럽 입자 물리 연구소 (CERN)의 대형 강입자 충돌기 (LHC)와 상호 보완적인 역할 기대 미래 순환 충돌기 (FCC)와 함께 미래 입자 물리학 연구의 중요한 부분을 담당할 것으로 예상 |
2. 역사적 배경
가속기는 크게 선형 가속기("리낙")와 원형 가속기("싱크로트론") 두 종류로 나뉜다. 선형 가속기는 기본 입자들을 직선으로 가속하는 반면, 테바트론, LEP, 대형 강입자 충돌기(LHC)와 같은 원형 가속기는 원형 경로를 사용한다. 원형 가속기는 입자를 더 먼 거리에서 효과적으로 가속할 수 있고, 충돌 후 남은 입자를 재사용할 수 있다는 장점이 있지만, 싱크로트론 복사라는 전자기 복사를 방출하여 에너지가 손실되는 단점이 있다. 싱크로트론 복사로 인한 에너지 손실은 입자 질량의 네 제곱에 반비례하므로, 양성자나 납 원자핵과 같이 무거운 입자를 가속하는 데는 원형 가속기가 유리하지만, 전자-양전자 충돌기와 같이 가벼운 입자를 높은 에너지로 가속하는 데는 적합하지 않다. 실제로 LEP의 에너지는 싱크로트론 복사로 인한 에너지 손실 때문에 209 GeV로 제한되었다.
LHC는 ILC보다 높은 충돌 에너지를 갖지만(LHC는 14,000 GeV[7], ILC는 500 GeV), ILC는 전자와 양전자의 충돌이 바리온 입자 내부의 쿼크, 반쿼크, 글루온에 에너지가 분산되는 충돌보다 분석하기 쉽기 때문에 더 정밀한 측정이 가능하다. 따라서 ILC는 LHC에서 발견된 입자의 특성을 정밀하게 측정하는 역할을 수행할 수 있다.
전자와 양전자를 충돌시키는 선형 충돌 가속기 중 가장 높은 질량 중심계 에너지를 기록한 것은 CERN에서 가동된 LEP-II (209 GeV)였고, 최대 루미노시티 값을 가진 것은 고에너지 가속기 연구 기구에서 운전한 KEKB였다. CERN에서는 LEP 실험이 종료된 후 LHC 실험 (양성자·양성자 충돌형)으로 전환하여 초기 운전을 시작했고, 이후 본격적인 실험이 시작되었다.
양성자·양성자 또는 양성자·반양성자 충돌형 실험 (하드론형)에서는 하드론 내부에 있는 쿼크 간의 반응이 여러 개 동시에 일어나면서 다수의 종말 상태 입자가 발생한다. 이 때문에 어떤 종말 상태 입자가 어떤 에너지의 어떤 쿼크 반응에서 비롯되었는지 불확실성이 항상 존재하여, 데이터 선별과 통계적 분석에 많은 노력과 해석 계산이 필요하다.
반면, 전자·양전자 충돌 실험 (렙톤형)에서는 시작 상태의 전자와 양전자 에너지가 모두 집약되고, 종말 상태 입자는 모두 거기에서 생성된다. 따라서 배경 사건을 제거하기 쉽고, 데이터 해석이 비교적 간편하다는 장점이 있다. 이러한 이유로 TeV급 렙톤 충돌형 실험은 물리학 연구자들의 공통된 목표였다.
KEKB 실험에서 볼 수 있듯이, 전자·양전자 충돌을 수행하는 저장 링 타입의 가속기에서는 빔 에너지가 커질수록 싱크로트론 복사에 의한 빔 에너지 손실이 급격히 증가한다. 이는 가속 전력을 생성하는 장치의 비용과 전력 경비를 증가시키기 때문에, 링의 궤도 곡률 반경을 크게 하여 에너지 손실을 완화해야 한다. 건설 비용을 최소화하는 설계를 하면 링의 크기는 빔 에너지의 제곱에 비례하게 된다. 반면, 리니어 콜라이더의 건설 비용은 선형 가속기의 총 길이에 비례하며, 이는 최종 빔 에너지에 비례한다. 따라서 질량 중심계 에너지 약 200 GeV로 운전한 CERN의 LEP 전자·양전자 가속기를 뛰어넘는 에너지를 전자·양전자 충돌로 얻기 위해서는 리니어 콜라이더가 필요하다는 것이 전 세계 연구자들의 합의였다.
2. 1. 지역별 선형 충돌기 프로젝트의 통합
2004년 8월, 국제 기술 권고 패널(ITRP)은 가속기에 초전도 고주파 기술을 권고했다.[9] 이 결정에 따라 넥스트 선형 충돌기(NLC), 글로벌 선형 충돌기(GLC), 테라전자볼트 에너지 초전도 선형 가속기(TESLA) 등 세 가지 선형 충돌기 프로젝트가 하나의 프로젝트(ILC)로 통합되었다.2. 2. 글로벌 설계 노력(GDE)의 시작
2005년 3월, 국제 미래 가속기 위원회(ICFA)는 캘리포니아 공과대학교 LIGO 연구소 소장을 역임했던 배리 배리쉬 교수를 글로벌 설계 노력(GDE) 책임자로 발표했다.[9] GDE는 전 세계 100개 이상의 연구소와 대학에서 수백 명의 가속기 전문가, 기술자, 고에너지 물리학 연구자들이 참여하여 국제 선형 충돌기(ILC) 설계 및 기술 개발 작업을 진행했다.[6]2007년 8월, ILC 참조 설계 보고서(Reference Design Report, RDR)가 발표되었다.[10] 이 보고서에는 ILC 가속기 건설에 필요한 경비가 "ILC value unit"이라는 가상 가치 단위로 제시되었는데, 터널 등 부지 정비 관련 18억 ILC-VU, 가속기 기재 관련 49억 ILC-VU로 평가되었다. 건설 공정에 참여하는 소요 인력은 2,200만 명-시간으로 추산되었다. 1 ILC-VU는 2007년 초 시점의 1 USD, 0.83 EUR, 117 JPY에 해당하지만, 인플레이션, 세금, 간접 경비 등은 포함되지 않았다.[6]
GDE에서 일하는 물리학자들은 상세한 ILC 설계 보고서를 완성하여 2013년 6월에 출판했다.[6]
3. ILC의 설계 및 기술
ILC는 전자와 양전자를 충돌시켜 실험하는 선형 충돌 가속기이다. CERN에서 가동되었던 LEP-II는 209 GeV의 질량 중심계 에너지를 기록했으며, 고에너지 가속기 연구 기구의 KEKB는 최대 루미노시티 값을 기록했다. CERN에서는 LEP 실험이 종료된 후 대형 강입자 충돌기(LHC) 실험이 시작되었다.
양성자와 양성자, 또는 양성자와 반양성자를 충돌시키는 하드론형 실험에서는, 하드론 내부에 있는 쿼크 간의 반응이 여러 개 동시에 일어나 많은 수의 입자가 발생한다. 이 때문에 어떤 입자가 어떤 에너지의 어떤 쿼크 반응에서 비롯되었는지 불확실성이 따르며, 데이터 분석에 많은 노력과 해석 계산이 필요하다.
반면, 전자와 양전자 충돌 실험(렙톤형)에서는 시작 상태의 전자와 양전자 에너지가 모두 집약되고, 종말 상태의 입자는 모두 거기에서 생성된다. 따라서 배경 사건을 제거하기 쉽고, 데이터 해석이 비교적 간단하다는 장점이 있다. 이러한 이유로 TeV급 렙톤 충돌형 실험은 물리학 연구자들의 목표였다.
KEKB 실험에서 볼 수 있듯이, 전자와 양전자 충돌을 수행하는 저장 링 타입의 가속기에서는 빔 에너지가 커질수록 싱크로트론 복사에 의한 에너지 손실이 커져 가속 장치의 비용과 전력 경비가 증가한다. 이를 줄이려면 링의 궤도 곡률 반경을 크게 해야 한다. 건설 비용을 최소화하는 설계를 하면, 링의 크기는 빔 에너지의 제곱에 비례한다. 반면, 리니어 콜라이더의 건설 비용은 선형 가속기의 길이에 비례하며, 이는 최종 빔 에너지에 비례한다.
CERN의 LEP 전자·양전자 가속기를 훨씬 뛰어넘는 에너지를 전자·양전자 충돌로 목표로 한다면, 리니어 콜라이더가 필요하다는 것이 연구자들의 합의이다. TeV급의 질량 중심계 에너지를 실현하기 위해서는 30km가 넘는 직선 터널이 필요하다. 리니어 콜라이더의 가속기 시설 대부분은 지하, 특히 대심도 터널에 건설되며, 지상 부지 확보 규모는 제한적이지만, 환경 영향 평가 등에서 충분한 검토와 준비가 필요하다.
2004년, 연구자들은 초전도 고주파 공동을 선형 가속기의 핵심 기술로 결정했다. 2005년에는 가속기 설계를 위한 국제 협력 팀(GDE)이 발족되었다. GDE는 약 60명의 핵심 멤버와 전 세계 100개 이상의 연구소 및 대학에서 수백 명의 전문가들이 참여하여 ILC의 설계와 기술 개발 작업을 진행하고 있다.
GDE의 2007년 설계 구상에 따르면, ILC 가속기 시설은 서로 마주보는 11.3km 길이의 주 선형 가속기 2개, 4.5km의 최종 수렴부, 2.6km의 빔 묶음 압축부, 빔 에미턴스 감쇠 링 등으로 구성되며, 총 연장 약 31km의 부지가 필요하다. 가속기 시설 중앙에는 빔 충돌점이 설치되며, 2개의 실험 장치를 교대로 설치하여 실험을 진행한다.
주 선형 가속기에는 평균 31.5 MV/m의 가속 구배로 가동하는 초전도 공동(길이 약 1m)이 약 16,000대 설치된다. 최고 빔 에너지는 각 주 선형 가속기에서 250 GeV이며, 빔 충돌 시 질량 중심계 에너지는 최대 500 GeV에 도달한다. 가속기 시설 전체의 소요 전력은 약 240MW로 추산된다.
2007년 2월, GDE는 "Reference Design Report"(RDR)를 공개했다. RDR에 따르면 ILC 가속기 건설 비용은 터널 등 부지 정비에 18억 ILC-VU, 가속기 기재에 49억 ILC-VU로 평가되었다. 또한 건설에 필요한 인력은 2,200만 명-시간으로 추산되었다. 1 ILC-VU는 2007년 초 1 US 달러, 0.83 유로, 117엔에 해당하지만, 인플레이션, 세금 등은 포함되지 않았다.
2007년 겨울, 영국과 미국에서 ILC 관련 예산 축소 방침이 발표되면서 ILC 개발은 감속되었다. 2008년, GDE는 비용 압축과 기술 리스크 감소를 목표로 한 Technical Design Report를 2012년 말까지 완성할 계획을 세웠다. 그러나 영국과 미국의 예산 축소 이유는 예산 규모, 기술 개발 비용, 경제 사정 등 다양했지만, 두 나라의 결정은 독립적인 사건으로 이해되었다. 유럽의 다른 국가들과 일본에서는 활발한 연구·개발이 지속되고 있다.
ILC의 주요 구성 요소는 다음과 같다.
- 전자원: 레이저 광 펄스를 이용해 광음극에서 전자를 방출, 최대 80% 편광 가능.
- 양전자원: 고에너지 전자에서 나오는 싱크로트론 복사로 전자-양전자 쌍 생성, 최대 60% 편광 가능.
- 댐핑 링: 전자 및 양전자 묶음을 충분히 작은 크기로 압축.
- 주 선형 가속기: 초전도 고주파 기술을 이용하여 입자를 250GeV까지 가속.
- 빔 집속 및 충돌: 높은 광도를 위해 빔을 나노미터 수준으로 집속하여 충돌.
3. 1. 전자원
레이저 광 펄스를 사용하여 광음극에서 전자를 방출하며, 이 기술은 최대 80%의 전자를 편광시킬 수 있게 해준다.[11] 그런 다음 전자는 370미터 선형 가속기 단계에서 5 GeV까지 가속된다.[11]3. 2. 양전자원
고에너지 전자에서 나오는 싱크로트론 복사를 통해 티타늄 합금 표적에서 전자-양전자 쌍이 생성되며, 이때 생성되는 양전자는 최대 60%까지 편광된다.[11] 이렇게 생성된 양전자는 수집된 후 별도의 선형 가속기에서 5 GeV까지 가속된다.[11]3. 3. 댐핑 링
5 GeV의 전자 및 양전자 묶음을 유용하게 충돌시킬 수 있을 정도로 충분히 작은 크기로 압축하기 위해, 입자는 3.24km 둘레를 가진 한 쌍의 댐핑 링에서 0.1~0.2초 동안 순환하며, 여기서 길이는 6mm, 수직 및 수평 에미턴스는 각각 2pm 및 0.6nm로 감소한다.[11]3. 4. 주 선형 가속기
댐핑 링에서 나온 입자 묶음은 각각 11km 길이의 초전도 고주파 주 선형 가속기로 보내져 250GeV까지 가속된다. 이 에너지에서 각 빔은 평균 약 5.3 메가와트의 전력을 갖는다. 초당 5개의 묶음 열차가 생성되어 가속된다.[11]3. 5. 빔 집속 및 충돌
합리적인 시간 내에 결과를 얻을 수 있도록 충분한 광도를 유지하기 위해, 묶음은 높이가 몇 나노미터이고 너비가 수백 나노미터로 초점이 맞춰질 것이다. 그런 다음 초점이 맞춰진 묶음은 두 개의 대형 입자 검출기 중 하나 내부에서 충돌한다.[11]4. ILC를 통한 물리학 연구
ILC 실험에서는 표준 모형으로 설명하기 어려운 물리학적 현상이 나타날 것으로 예상된다.[8] ILC에서는 힉스 보손의 성질, TeV 규모의 여분 차원, 암흑 물질의 후보 등을 연구할 수 있을 것으로 기대된다.[8] 이러한 연구 목표를 달성하기 위해서는 새로운 세대의 입자 검출기가 필요하다.
4. 1. 힉스 보손 연구
ILC에서는 힉스 보손의 질량, 스핀, 상호작용 강도를 측정할 수 있을 것으로 예상된다.[8]4. 2. 암흑 물질 연구
초대칭 입자 중 가장 가벼운 입자는 암흑 물질의 유력한 후보로 여겨지며, 국제 선형 충돌기(ILC)에서의 연구를 통해 탐색할 수 있을 것으로 예상된다.[8]4. 3. 여분 차원 연구
ILC(국제 선형 충돌기) 실험에서는 표준 모형으로 설명되지 않는 물리학적 현상이 나타날 것으로 예상된다.[8] 이 실험을 통해 TeV 규모의 여분 차원의 수, 크기, 형태를 측정할 수 있을 것으로 기대된다.5. ILC 후보지 및 건설 비용
국제 선형 충돌기(ILC) 건설 비용은 2007년 기준으로 연구 개발, 시제품 제작, 부지 매입, 지하 권리 비용, 검출기, 비상 사태, 인플레이션을 제외하고 약 67.5억달러로 추산되었다.[21] 공식 프로젝트가 승인된 후, 가속기 복합 시설 및 검출기를 완공하기까지 7년이 걸릴 것으로 예상되며, 부지 선정 국가는 터널 및 수직 통로(샤프트) 굴착, 물과 전기 공급 등 부지 관련 비용으로 18억달러를 지불해야 한다.
전 미국 에너지부 장관 스티븐 추는 총 비용을 250억달러로 추산했지만, ILC 이사 배리시는 이 추정치가 과대 평가되었을 수 있다고 말했다. 다른 에너지부 관계자들은 총 200억달러로 추산했다.[22] 2013년 ILC 설계 보고서가 완료된 후 배리시는 ILC 건설 비용이 2012년 미국 달러로 77.8억달러에 해당한다고 밝혔다. 여기에는 "2,260만 시간의 노동력과 부지 준비, 과학적 검출기, 시설 운영을 포함한 부지 특정 비용"이 필요하다.[23]
5. 1. 후보지 선정 과정
유럽에서는 CERN, DESY, JINR 등이 후보지로 거론되었으며, 각 연구소의 터널 위치와 기반암, 토양 특성 등이 고려되었다. 유럽 외에도 일본, 미국 등 여러 국가가 관심을 표명했다. 일본은 T2K 실험과 같은 중성미자 연구 지원 경험과 수력 발전소 건설로 인한 터널 존재가 유리한 요인으로 작용했다. 미국은 페르미 국립 가속기 연구소의 기존 시설과 전문가 활용을 강점으로 내세웠다.[13]2008년 경제 위기로 미국과 영국의 자금 지원이 삭감되면서, 일본이 유력한 개최국으로 부상했다.[14][15] 2013년 8월 23일, 일본 고에너지 물리학계는 이와테현과 미야기현에 걸쳐 있는 기타카미 산맥을 후보지로 제안했다.[16] 그러나 2019년 3월 7일, 일본 정부는 높은 건설 비용을 이유로 건설 지원에 난색을 표하며, 다른 국가의 재정 지원을 모색했다.[17]
2022년, 일본 문부과학성(MEXT) 패널은 국제적 지원 부족과 미래 원형 충돌기와의 중복 가능성을 이유로 ILC 계획을 "보류"했다.[18] 2024년 3월, "ILC를 위한 국회의원 연맹"은 회의를 통해 ILC 프로젝트 추진을 위한 세 가지 권고안을 발표했다. 관계자들은 2030년대 후반에 계획이 시작되기를 바라고 있다.
5. 2. 일본의 ILC 유치 노력과 과제
2008년 경제 위기로 미국과 영국이 충돌기 프로젝트 자금 지원을 삭감하면서, 일본이 국제 선형 충돌기(ILC)의 유력한 개최국으로 부상했다.[14][15] 2013년 일본 고에너지 물리학계는 이와테현과 미야기현의 기타카미 산맥을 ILC 부지로 제안했다.[16]하지만 2019년, 일본 정부는 약 70억 달러로 추산되는 높은 건설 비용 때문에 ILC 건설 지원에 난색을 표했다.[17] 이는 일본 학술회의의 권고에 따른 것이었으며, 일본 정부는 다른 국가의 재정 지원을 모색했다.[17]
2022년, 일본 문부과학성(MEXT)은 ILC 계획을 "보류"했다.[18] 국제적 지원 부족과 미래 원형 충돌기에 대한 CERN의 제안 등이 이유로 제시되었다.
2024년 3월, "ILC를 위한 국회의원 연맹"은 회의를 열어 ILC 프로젝트 진행 상황을 보고받고, ILC의 미래에 대해 논의했다.[19] 이 회의에서 다음과 같은 세 가지 권고안이 나왔다.
:1. ILC 프로젝트는 연구 커뮤니티, 산업, 후보 부지를 홍보하는 조직, 관련 부처 및 기관, 국회의원 및 기타 정치 단체에 의해 범일본 차원에서 더욱 진전될 것입니다.
:2. ILC 프로젝트를 위해, 국제 협력은 연구 커뮤니티가 참여하는 글로벌 이니셔티브로서 더욱 강화될 것입니다. 이는 ICFA 산하에 설립된 국제 홍보 조직인 ILC 국제 개발 팀(IDT)과 국내 연구 커뮤니티 간의 긴밀한 협력을 통해 달성될 것입니다.
:3. 문부과학성(MEXT)은 글로벌 가속기 프로그램을 달성하기 위해 국제 연구 커뮤니티와 협력하는 데 적극적인 역할을 해야 합니다. 이 협력은 내각부와 파트너십을 맺고 미래 고성능 가속기 연계 위원회의 틀을 활용해야 하며, 다른 관련 부처 및 기관과 협력해야 합니다.[20]
ILC 계획의 실현을 위해서는 국제 협의를 거쳐 건설 결정, 후보지 선정, 예산 출연 등에 대한 정부 간 합의가 필요하다.
관계자들은 2007년 건설 비용 1차 평가 공개 후, 정부 간 국제 협의를 위한 움직임이 새로운 단계에 접어들기를 바랐다. 그러나 관계국들의 이해, 재정 당국의 입장, 지방 자치 단체의 협조, 입법부의 판단 등 여러 요인이 작용한다.
CERN의 LHC 실험 결과와 [http://clic-study.web.cern.ch/clic-study/ CLIC] 계획 등도 고려해야 하며, 세계적인 미래 계획 재구성이 필요하다는 의견도 있다.
ILC는 기술적 성숙도 면에서 앞서 있지만, 국제적인 협력과 ("Global"한) 계획 발전이 필요하다. ALMA 계획이나 ITER 계획과 유사한 단계를 밟을 가능성이 논의되고 있다.
OECD Global Science Forum 등에서 관계국 간 접촉과 의견 교환이 있었지만,[29] 각국의 정책 확립과 정식 국제 협의는 앞으로의 과제이다.
6. ILC 프로젝트의 과제와 미래 전망
국제선형충돌기(ILC) 프로젝트는 전자와 양전자를 충돌시켜 고에너지 물리학 실험을 수행하는 거대한 선형 충돌 가속기 건설을 목표로 한다. 하지만, 이러한 대규모 프로젝트에는 여러 가지 과제가 존재한다.
KEKB 실험에서 볼 수 있듯이, 전자-양전자 충돌을 이용하는 저장 링 타입의 가속기는 빔 에너지가 높아질수록 싱크로트론 복사로 인한 에너지 손실이 커져 막대한 비용이 발생한다. 이를 극복하기 위해 링의 크기를 키우면 건설 비용이 증가한다. 반면, 리니어 콜라이더는 건설 비용이 선형 가속기의 길이에 비례하여 빔 에너지에 비례한다. 따라서, CERN의 LEP 전자-양전자 가속기를 넘어서는 높은 에너지를 목표로 한다면 리니어 콜라이더가 필요하다는 것이 전 세계 연구자들의 공통된 의견이다.
ILC는 TeV급 질량 중심계 에너지를 실현하기 위해 30km가 넘는 직선 터널이 필요하다. 이러한 거대한 시설은 지하, 특히 대심도 터널에 건설될 예정이며, 지상 부지 확보 규모는 제한적이지만 환경 영향 평가 등에서 충분한 검토와 준비가 필요하다.
프로젝트 추진 과정에서 재정 확보, 국제 협력, 기술적 난관 등 어려움이 예상된다. 특히, 막대한 예산이 소요되는 만큼 각국의 재정 지원과 국제 협력이 필수적이다. 또한, 초전도 가속 공동 기술 등 첨단 기술 개발과 안정적인 운영을 위한 지속적인 연구 개발 역시 중요하다.
6. 1. 국제 협력 강화
일본에서는 ILC 프로젝트 추진을 위한 범일본 차원의 노력이 이루어지고 있다. 국제 선형 충돌기(ILC) 건설 계획 실현을 위해 국제 미래 가속기 위원회(ICFA) 산하 ILC 국제 개발 팀(IDT)이 설치되어 연구 커뮤니티와의 협력을 추진하고 있다.[25]문부과학성(MEXT)은 ILC 계획에 대한 검토를 진행하고 있으며, 국제 협력 방안을 모색하고 있다. 2018년 12월 19일, 일본 학술 회의는 "국제 선형 충돌기 계획 재검토안에 관한 소견"을 문부과학성에 제출하면서, 일본에 ILC 계획 유치를 지지하지 않는다는 입장을 밝혔다.[28]
6. 2. 기술 개발 및 연구
고에너지 가속기 연구 기구(KEK)를 중심으로 가속기 본체 개발 연구가 진행되고 있으며, 일본 각지의 대학에서는 측정기 개발이 이루어지고 있다. 아시아/태평양 국가들의 연구자들은 자국 연구 시설이나 KEK, CERN, 페르미 국립 가속기 연구소 등과 협정을 맺은 연구 센터에서 개발 연구에 참여하고 있다. KEK에는 태국, 인도네시아, 한국, 중국, 인도, 스리랑카, 베트남 등 24개국(CERN 회원국 및 북미 포함)의 연구자들이 방문하고 있다.[25]유럽에서는 CERN과 DESY, 그리고 각 대학에서 측정기와 가속기 본체 개발 연구가 진행 중이다. 북미에서는 페르미 국립 가속기 연구 센터, 스탠퍼드 선형 가속기 연구 센터(SLAC), 토머스 제퍼슨 연구소(Jefferson Lab), 코넬 대학교 등에서 개발 연구가 이루어지고 있다.
2007년 성립된 RD와 보조 기관은 GDE와 협력하며 전 세계 물리학자들이 참여하는 대형 실험을 위한 시뮬레이션과 측정기 시스템 개발·설계 연구를 조정하고 있다. 아시아, 유럽, 북미에서는 산학 연계 포럼을 비롯한 회의가 개최되어 의견 교환이 활발하게 진행되고 있다.
GDE는 2012년 말까지 비용 절감과 기술적 위험 감소를 목표로 RDR을 심화한 Technical Design Report를 작성하고, RD는 가속기 빔 충돌점 근처 설계와 조화를 이루며 상호 보완적인 두 측정기 시스템의 Detailed Baseline Report를 작성할 계획이었다. 2012년 이후 CERN LHC 실험 초기 결과와 ILC 가속기·실험 설계 성숙도, 예산 규모를 바탕으로 연구자 커뮤니티의 합의를 재확인하고, 각국 정부의 재정적 판단을 도울 예정이었다.
GDE와 RD 자체에는 대규모 예산이 없으며, 개발 예산은 각 국가, 지역, 연구 기관별 예산 프레임워크 내에서 이루어지고 있다. GDE와 RD는 개별 기관 예산 집행을 관리하거나 감독 관청에 보고할 책임이 없으며, 국제 선형 충돌기 건설이 정부 간 국제 협정으로 보장된 상황도 아니다. 따라서 국제 선형 충돌기는 "향후 전개를 주시하며, 현재 각국, 지역 연구 프레임워크 내에서 가능한 설계 개발을 추진하는" 과도기적 상황에 있다고 할 수 있다.
일본에서는 기타카미 산지를 지지하는 이와테현, 도호쿠 경제 연합회, 도호쿠 대학교 중심의 [http://www.tohoku-ilc.jp/ 도호쿠 ILC 추진 협의회]와 세후리 산계를 지지하는 사가현, 규슈 경제 연합회, 규슈 대학 중심의 [http://www.ilc-asia-kyushu.org/ ILC 아시아 - 규슈 추진 회의]가 국내 후보지 유치를 경쟁했다. 2013년 8월 23일, 입지 평가 회의는 기타카미 산지를 국내 후보로 선정했다.[25] 선형 충돌기・콜라보레이션 최고 책임자 린 에반스는 기타카미 산지를 "세계 유일 후보지"라고 언급했다.[26] 2018년 4월 18일, "이와테 ILC 연계실"에 "오픈 랩"이 개설되었다.[27] 그러나 2018년 12월 19일, 일본 학술 회의는 일본 내 ILC 유치를 지지하지 않는다는 소견을 문부과학성에 제출했다.[28]
7. 관련 기관 및 인물
고에너지 가속기 연구기구(KEK), 스탠퍼드 선형 가속기 센터(SLAC), 페르미 국립 가속기 연구소(FermiLab), 유럽 입자 물리 연구소(CERN), 독일 전자 싱크로트론 연구소(DESY)는 국제 선형 충돌기(ILC) 관련 각 영역의 중추 연구소이며, ILC 국제 추진팀([https://linearcollider.org IDT]), ILC-Japan([https://ilc-japan.org ]), 첨단 가속기 과학 기술 추진 협의회([https://aaa-sentan.org AAA]) 등은 ILC 프로젝트를 지원하는 대표적인 기관 및 추진 조직이다. 이 외에도 각국의 여러 대학 부속 연구소 및 연구실에서 실험 및 설계가 진행되고 있다.
7. 1. 국제 협력 조직
고에너지 가속기 연구 기구(KEK)를 중심으로 일본에서는 ILC 가속기 본체 개발 연구가, 각 대학에서는 측정기 개발이 진행되고 있다. 아시아/태평양 국가, 유럽, 북미 등 전 세계 연구자들이 각국 연구 시설 및 CERN, 페르미 국립 가속기 연구소 등과 협력하여 개발 연구에 참여하고 있다.[25]2013년 8월 23일, 기타카미 산지가 일본 내 ILC 후보지로 선정되었고[25], 선형 충돌기・콜라보레이션 최고 책임자 린 에반스는 이곳을 "세계 유일 후보지"라고 언급했다.[26] 2018년 4월 18일, "이와테 ILC 연계실" 내에 "오픈 랩"이 개설되었다.[27] 그러나 2018년 12월 19일, 일본 학술 회의는 ILC 계획의 일본 유치를 지지하지 않는다는 소견을 문부과학성에 제출했다.[28]
7. 2. 연구 기관
고에너지 가속기 연구 기구(KEK), 스탠퍼드 선형 가속기 센터(SLAC), 페르미 국립 가속기 연구소(FermiLab), 유럽 입자 물리 연구소(CERN), 독일 전자 싱크로트론 연구소(DESY) 등 세계 각지의 주요 연구 기관에서 국제 선형 충돌기(ILC) 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다.- 일본: 고에너지 가속기 연구 기구(KEK)를 중심으로 가속기 본체 개발 연구가 진행되고 있으며, 각 대학에서는 측정기 개발이 이루어지고 있다.
- 아시아/태평양 국가: 각국 연구자들이 자국 연구 시설 및 KEK, CERN, 페르미랩 등과 협정을 맺은 연구 기관에서 개발 연구를 수행하고 있다. KEK에는 태국, 인도네시아, 한국, 중국, 인도, 스리랑카, 베트남 등 24개국(CERN 회원국 및 북미 포함)의 연구자들이 방문하고 있다.
- 유럽: CERN과 DESY를 비롯한 각 대학에서 측정기 및 가속기 본체 개발 연구가 진행 중이다.
- 북미: 페르미랩, 스탠퍼드 선형 가속기 센터(SLAC), 토머스 제퍼슨 연구소(Jefferson Lab), 코넬 대학교 등에서 개발 연구가 이루어지고 있다.
이 외에도, ILC 국제 추진팀([https://linearcollider.org IDT]), ILC-Japan([https://ilc-japan.org ]), 첨단 가속기 과학 기술 추진 협의회([https://aaa-sentan.org AAA]) 등 다양한 기관 및 조직이 ILC 관련 연구 활동을 지원하고 있으며, 각국의 여러 대학 부속 연구소 및 연구실에서도 실험 및 설계가 진행되고 있다.
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