[論文レビュー] Snowmass'21 Accelerator Frontier Report

S. Gourlay, T. Raubenheimer+36 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2022

International Science and Diplomacy被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、米国の加速器科学における戦略的ロードマップを提言し、高エネルギー物理学分野における世界的リーダーシップを維持するために、ビーム物理学、先進加速器研究開発、人材育成への持続的投資を重視している。将来の施設として、アップグレードされた陽子コンプレックス、ヒッグス/電弱工場、ミューオン衝突機の優先的推進を提唱するとともに、基礎的加速器研究および教育分野における支援の減少を是正する必要性を強調している。

ABSTRACT

In 2020-2022, extensive discussions and deliberations have taken place in corresponding topical working groups of the Snowmass Accelerator Frontier (AF) and in numerous joint meetings with other Frontiers, Snowmass-wide meetings, a series of Colloquium-style Agoras, cross-Frontier Forums on muon and electron-positron colliders and the collider Implementation Task Force (ITF). The outcomes of these activities are summarized in this Accelerator Frontier report.

研究の動機と目的

• 2010年代以降、実質的な予算削減が続くOHEP GARDプログラムにおけるビーム物理学および加速器科学分野の支援の減少に対処すること。
• 欧州へエネルギーフロントの移行に伴い、次世代衝突機技術分野における米国の専門性を再構築・維持すること。具体的には、$e^{+}e^{-}$、ミューオン、高強度陽子衝突機を含む。
• 将来の加速器科学者・技術者を確保するため、多様性・包摂性を重視した教育、啓発、多様性促進イニシアチブを拡充し、多様で包括的かつ訓練された人材パイプラインを確保すること。
• P5、CERN、EICなど、国家的および国際的な戦略的計画と整合させることで、費用対効果が高く、時期を得た、科学的に有意義な施設開発を実現すること。
• 将来のHEPプロジェクトを支援するため、RFキャビティ、磁石、ビーム試験施設を含む加速器技術開発の長期的指標およびロードマップを確立すること。

提案手法

• ビーム物理学分野の4大チャレンジ（強度、品質、制御、予測）に焦点を当てた、DOE OHEP GARDプログラムの十年計画を策定する。
• 特に$e^{+}e^{-}$およびミューオン衝突機を含む将来の衝突機概念に関する、専任のビーム物理学研究プログラムを再確立し、米国の専門性を活性化する。
• 資金およびインfraの強化を通じて、米国のビーム試験施設を強化し、世界的な競争力維持を図る。
• USPAS（米国粒子加速器学校）の拡充を図り、1人のFTEを追加して啓発活動、IT支援、長期的計画立案を強化する。
• AS&E分野における性別、民族、キャリア進歩に関する労働力統計を収集・分析する、連携された全国的取り組みを実施し、公平性・包摂性政策の根拠とする。
• USPASと連携した年次アンダラグレート採用プログラムを開始し、女性およびマイノリティの若手人材のパイプライン拡大を図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 米国は、OHEP GARDプログラム内におけるビーム物理学および加速器科学研究への支援の減少を、どのように是正できるか？
• RQ2 ヒッグス/電弱工場や10 TeV以上のミューオン衝突機を含む次世代加速器施設の分野で、米国がリーダーシップを発揮するためには、どのような戦略的投資が必要か？
• RQ3 将来のHEP施設の要請に応えるために、多様で包括的かつ訓練された加速器人材をいかに再構築・維持できるか？
• RQ4 ビーム試験施設および大学ベースの加速器研究は、米国の加速器R&D分野におけるリーダーシップを維持するために果たす役割は何か？
• RQ5 統合的データ収集および啓発プログラムは、加速器科学分野における女性およびマイノリティの代表性向上と定着をどのように改善できるか？

主な発見

• 2010年代以降、実質的な予算削減が続くOHEP GARDプログラム、特に加速器およびビーム物理学（ABP）部門の予算は、実質的に減少しており、米国の加速器R&Dの持続可能性に脅かされている。
• 将来の衝突機分野には国際的な動きが高まっており、CERNのFCC-ee、中国のCEPC、米国の$C^{3}$およびHELENがそれに該当する。特に、10 TeV以上のエネルギー領域におけるミューオン衝突機は、高い可能性を有する。
• 2030年代にかけてDUNEニュートリノ計画や他の希少過程実験を支援するため、フェルミラブにおけるマルチメガワット級陽子ビームアップグレードを優先的に推進する必要がある。
• 既存および予定の施設（例：SLACのSRF線形加速器、アップグレード予定の陽子コンプレックスからのスパイゴットビーム）の再利用は、コスト効率の高いアキソンおよびダークマター探索を可能にする。
• ビーム試験施設の強化とUSPASの1 FTE拡充は、加速器技術および教育分野における米国の競争力維持にとって不可欠である。
• 多様性の追跡と的確な啓発施策を統合した、データドリブンなアプローチは、人材の定着を促進し、AS&E分野の長期的持続可能性を確保する上で不可欠である。