[論文レビュー] The Physics Prospects for CLIC

John Ellis|ArXiv.org|Nov 9, 2008

Photonic and Optical Devices参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHC や ILC を超える精度測定を可能にするために、3 TeV の重心系エネルギーを持つ将来の $e^+e^-$ コライダーである CLIC を提案する。12 GHz の RF 構造を用いた二ビーム加速方式により、80–100 MV/m の高い加速勾配を達成し、$10^{34}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$ を超える光度を実現する。この方式により、ヒッグス粒子、超対称性、および標準模型を超える新しい物理現象の研究が可能になる。

ABSTRACT

Following a brief outline of the CLIC project, this talk summarizes some of the principal motivations for an e+ e- collider with E_CM = 3 TeV. It is shown by several examples that CLIC would represent a significant step beyond the LHC and ILC in its capabilities for precision measurements at high energies. It would make possible a complete study of a light Higgs boson, including rare decay modes, and would provide a unique tool to study a heavy Higgs boson. CLIC could also complete the studies of supersymmetric spectra, if sparticles are relatively light, and discover any heavier sparticles. It would also enable deeper probes of extra dimensions, new gauge bosons and excited quarks or leptons. CLIC has unique value to add to experimental particle physics, whatever the LHC discovers.

研究の動機と目的

• 3 TeV の重心系エネルギーにおける高精度測定が可能な次世代 $e^+e^-$ コライダーとして CLIC を確立すること。
• LHC や ILC の限界を克服し、希少なヒッグス崩壊や重いヒッグス粒子の詳細な研究を可能にすること。
• 存在する場合に限り、より重いスパーティクルを含む超対称粒子の全スケールを調査すること。
• 高感度でエキサイテッドクォークやレプトン、新しいゲージボソン、余剰次元といった新しい物理現象を調べること。
• 12 GHz 構造を用いた二ビーム方式による高勾配 RF 加速の実現可能性を示し、コンactで高光度な運用を可能にすること。

提案手法

• 低エネルギーで高強度のドライブビームが RF 力を生成し、高エネルギーで低強度のメインビームを加速する二ビーム加速方式を採用する。
• T18 デザインなどの 12 GHz 加速構造を用い、500 GeV オプションでは 80 MV/m（500 GeV オプション）、3 TeV オプションでは 100 MV/m の高い加速勾配を達成する。
• 構造の RF コンディショニングにより、破壊率を 1 メートルあたり $3 \times 10^{-7}$ 未満に低下させ、安定した運用を確保する。
• CLIC テスト施設 3（CTF3）で二ビーム加速の概念を実証し、RF 力の生成やビームジンガスティックスなどの主要部品を検証する。
• 最適化された RF およびビームパラメータに基づき、3 TeV オプションでは 13.0 km の標準サイト長、500 GeV オプションでは 48.3 km を想定したコライダー配置を設計する。
• 500 GeV および 3 TeV の両方で、標準光度が $10^{34}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$ を超えるようにし、高精度測定を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3 TeV の重心系エネルギーを持つ $e^+e^-$ コライダーは、LHC や ILC を超えてヒッグス粒子の高精度測定を可能にするか？
• RQ2 実際の運用条件下で、12 GHz RF 構造において 80 MV/m 以上の加速勾配を達成することは可能か？
• RQ3 二ビーム加速方式は、コンパクトなサイト長と高いエネルギー到達を実現する上でどのように寄与するか？
• RQ4 CLIC は、超対称性、余剰次元、エキサイテッドフェルミオンといった標準模型を超える新しい物理現象をどの程度まで探査できるか？
• RQ5 T18 などのプロトタイプ構造で、必要な RF 特性と破壊率が実験的に実証可能か？

主な発見

• T18 加速構造は、1200 時間の RF コンディショニング後、名目上の CLIC 要件を上回る加速勾配を達成し、破壊確率は 1 メートルあたり $3 \times 10^{-7}$ 未満であった。
• 3 TeV の CLIC 構成では、$10^{34}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$ を超える光度を達成し、LHC や ILC の能力を著しく上回る。
• 500 GeV の CLIC オプションは、サイト長 13.0 km、光度 $10^{34}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$ を超えるという、コンパクトで高性能な設計を実現した。
• 3 TeV の CLIC 設計では、合計サイト長 48.3 km、名目加速勾配 100 MV/m であり、前例のない精度で高エネルギー物理学を実現可能である。
• CTF3 で検証された二ビーム加速方式により、効率的な RF 力の生成と高勾配加速が可能となり、CLIC の性能の根幹をなす。
• CLIC は、希少なヒッグス崩壊、重いヒッグス粒子、およびエキサイテッドクォークやレプトンといった新しい物理現象に対して、LHC や ILC の結果を補完する独自の感度を有する。