[論文レビュー] CEPC Conceptual Design Report: Volume 1 - Accelerator

The CEPC Study Group|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2018

Spacecraft and Cryogenic Technologies被引用数 117

ひとこと要約

この論文は、ハiggs、Z、および W ファクトリ運用に最適化されたダブルリング衝突型の100-km地下トンネルプロジェクトである Circular Electron Positron Collider (CEPC) の加速器設計を提示する。周囲には研究開発と建設のタイムラインがある。

ABSTRACT

The Circular Electron Positron Collider (CEPC) is a large international scientific project initiated and hosted by China. It is located in a 100-km circumference underground tunnel. The accelerator complex consists of a linear accelerator (Linac), a damping ring (DR), the Booster, the Collider and several transport lines. In the tunnel, space is reserved for a future pp collider, SPPC. The CEPC center-of-mass energy is 240 GeV, and at that collision energy will serve as a Higgs factory. The design also allows operation at 91 GeV for a Z factory and at 160 GeV for a W factory. The heart of the CEPC is a double-ring collider. It has two interaction points where are located large detectors. The Booster is in the same tunnel above the Collider. It is a synchrotron with a 10 GeV injection energy and extraction energy equal to the beam collision energy. The repetition cycle is 10 seconds. Top-up injection will be used to maintain constant luminosity. The 10 GeV Linac, injector to the Booster, built at ground level, accelerates both electrons and positrons. A 1.1 GeV damping ring reduces the positron emittance. Transport lines made of permanent magnets connect the Linac to the Booster. In addition to particle physics, the Collider can operate simultaneously as a powerful synchrotron radiation (SR) light source. It will extend the usable SR spectrum into an unprecedented energy and brightness range. Two gamma-ray beamlines are included in the design. Prior to the construction will be a five-year R&D period (2018-2022). Construction is expected to start in ~2022 and be completed in ~2030. This report is a summary of work accomplished during the past several years by hundreds of scientists and engineers at home and abroad. The current volume, Volume I, is on the accelerators. A separate volume, Volume II, will be on physics and the detectors.

研究の動機と目的

• 中国で主催される100-km CEPC 加速器複合体を建設する大規模な国際プロジェクトを動機づける。
• Linac、ダamping ring、Booster、コライダー、および将来の SPPC トンネル対応を含む加速器レイアウトを説明する。
• Higgs Factory 運用を 240 GeV、Z および W ファクトリの低エネルギー運用モードを想定したエネルギーとルミノシティ目標を定義する。
• トップアップ注入と SR-light-source 能力を含む建設・運用計画を説明する。

提案手法

• Linac、ダamping ring、Booster、コライダー、輸送線の機能と役割の連続性を説明する。
• 輸送線における永久磁石の利用とトップアップ注入の 10 Hz–10 s の繰り返しサイクルを説明する。
• シンクロトロン光源としての二重用途の可能性とガンマ線ビームラインを概説する。
• 2018–2022 の5年間のR&D期間と、~2022 の建設開始、~2030 の完成を見込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CEPC の提案された加速器レイアウトとその構成要素は何か。
• RQ2 Higgs、Z、W ファクトリモードのエネルギー運用点とルミノシティ戦略はどうなるか。
• RQ3 CEPC はトップアップ注入をどのように取り込み、SR-light-source 機能をどのように提供するか。
• RQ4 R&D から建設・試運転までの計画された開発タイムラインはどうなるか。
• RQ5 将来の SPPC のトンネル空間を CEPC 設計にどのように統合するか。

主な発見

• CEPC は大規模検出器用の二重リング衝突型として構想されている。
• 中心質量エネルギー目標は Higgs ファクトリ運用の 240 GeV；Z ファクトリの 91 GeV；W ファクトリの 160 GeV。
• Booster へ供給する 10 GeV のインジェクター Linac、そこからコライダーへ粒子を導く 10 秒の繰り返しサイクルとトップアップ注入。
• 注入前の陽電子エミッタンスを低減する 1.1 GeV のダamping ring。
• 永久磁石で構成された輸送線を含み、将来のプロトン-プロトン衝突器（SPPC）用のトンネル空間を温存している。
• コライダーは高エネルギー物理学機械としても、強力なシンクロトロン放射光源としても運用可能で、2本のガンマ線ビームラインを含む。