[論文レビュー] Considerations on Energy Frontier Colliders After LHC

Vladimir Shiltsev|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Particle Detector Development and Performance参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、LHC以降の衝突機—ILC、CLIC、ミューオン衝突機、プラズマ衝突機、CEPC、FCC、HE-LHC—の実現可能性を、エネルギー到達域、光度、コストの3つの次元から評価する。主な加速器研究開発の課題を概説し、今後のHEPロードマップ意思決定を支援するための技術的・財政的実現可能性を評価する。

ABSTRACT

The future of the world-wide HEP community critically depends on the feasibility of possible post-LHC colliders. The concept of the feasibility is complex and includes at least three factors: feasibility of energy, feasibility of luminosiity and feasibility of cost. The talk will give on overview of all current options for post-LHC colliders from such perspective (ILC, CLIC, Muon Collider, plasma colliders, CEPC, FCC, HE-LHC, etc) and discuss major challenges and accelerator R&D required to claim these machines feasible.

研究の動機と目的

• LHCを越える次世代エネルギー・フロントラン衝突機の技術的・財政的実現可能性を評価すること。
• 将来の衝突機プロジェクトにおける必要なエネルギー、光度、コストの目標を達成するための主要な課題を特定すること。
• LHC以降の衝突機を実現可能にするために必要な加速器研究開発の現状を評価すること。
• ILC、CLIC、ミューオン衝突機、プラズマ衝突機、CEPC、FCC、HE-LHCを含む主な提案された衝突機概念の比較的概要を提供すること。
• 実現可能性基準に基づいて、グローバルなHEPコミュニティが研究開発投資を優先順位づけるのを支援すること。

提案手法

• エネルギー到達域、光度、コストの3つの実現可能性次元を用いて、各LHC以降の衝突機概念を体系的に評価する。
• ビームダイナミクス、エネルギー効率、機械の複雑さなどの加速器物理学的課題の分析。
• 超伝導磁石、RFシステム、ビーム冷却、およびプラズマウェイクフィールド加速に関する進行中の研究開発のレビュー。
• 異なる衝突機設計間での技術的成熟度とスケーラビリティの比較。
• 大規模な衝突機プロジェクトにおける長期的持続可能性およびインfra構築要件の評価。
• 実現可能性基準を明確化するために、国際的なHEPコミュニティおよび加速器物理学専門家のフィードバックを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHC以降の衝突機を実現するために直面する主な技術的・財政的障壁は何か？
• RQ2 ILC、CLIC、ミューオン衝突機などの異なる衝突機設計は、エネルギー、光度、コストの実現可能性においてどのように比較されるか？
• RQ3 次世代衝突機を技術的に実現可能にするために不可欠な研究開発の進展は何か？
• RQ4 現在の実現可能性制約のもとで、どの衝突機概念が最も有望な前進路を提供するか？
• RQ5 将来的な衝突機応用において、プラズマベースと従来の加速器技術はどのように比較されるか？

主な発見

• LHC以降の衝突機の実現可能性は、高エネルギー、高光度、管理可能なコストのバランスの達成にかかっている。
• ILCとCLICは研究開発が進んでいるが、特に高光度運転において顕著なコストと技術的障壁を抱えている。
• ミューオン衝突機は高エネルギーおよび高光度の可能性を有するが、ミューオン冷却とビーム取り扱いの分野における画期的進展が不可欠である。
• プラズマベースの衝突機は、コンactで高勾配加速が可能であるが、まだ初期段階の実現可能性テスト段階にとどまっている。
• CEPCとFCCは、強い物理学的根拠を持つ大規模・多段階プロジェクトではあるが、顕著なコストとインfra要件を伴う。
• HE-LHCは近い将来のコスト効率の高いアップグレード路線であり、LHCの物理学的到達域を拡張するが、新たなエネルギー・フロントラン機器の必要性を代替しない。