[논문 리뷰] U.S. National Accelerator R\&D Program on Future Colliders

P. C. Bhat, S. Belomestnykh외 14명|arXiv (Cornell University)|2022. 07. 13.

Particle Detector Development and Performance인용 수 4

한 줄 요약

이 화이트페이퍼는 향후 충돌기 프로젝트를 중심으로 한 새로운 미국 국립 가속기 R&D 프로그램을 제안하여 미국이 충돌기 과학 분야에서의 리더십 격차를 메우고자 한다. 이 프로그램은 가속기 설계, 기술, 비례 물리학 분야의 R&D를 통합하여 기존의 GARD 노력과 보완하며, FCC와 ILC와 같은 글로벌 충돌기 프로젝트에서의 미국 리더십을 가능하게 하고, 중앙 집중적 조율과 전략적 투자로 미국 기반 시설을 위한 개념을 발전시킨다.

ABSTRACT

Future colliders are an essential component of a strategic vision for particle physics. Conceptual studies and technical developments for several exciting future collider options are underway internationally. In order to realize a future collider, a concerted accelerator R\&D program is required. The U.S. HEP accelerator R\&D program currently has no direct effort in collider-specific R\&D area. This shortcoming greatly compromises the U.S. leadership role in accelerator and particle physics. In this white paper, we propose a new national accelerator R\&D program on future colliders and outline the important characteristics of such a program.

연구 동기 및 목표

• 미국에서 충돌기 전용 가속기 기술에 대한 전담 R&D가 부재한 점이 향후 입자물리 시설에서의 미국 리더십을 약화시키므로 이를 보완한다.
• 초기 단계의 R&D 및 통합을 지원함으로써 FCC, ILC, SppC와 같은 글로벌 미래 충돌기 프로젝트에 대한 미국의 참여를 가능하게 한다.
• 미국 내에서 구현 가능한 새로운 충돌기 개념의 개발을 촉진한다. 예를 들어 원형 $e^+e^-$ 충돌기와 뮤온 충돌기 등이다.
• 지속적이고 통합된 R&D 노력으로 가속기 과학 분야의 숙련된 인력 유지를 보장한다.
• 중복 방지를 방지하고 상호보완성을 높이며 P5 우선순위와 글로벌 노력에 부합하기 위해 중앙집중적이고 국가 차원의 조율 프로그램을 구축한다.

제안 방법

• 미국 국립연구소에 소재한 중앙집중형 국립 R&D 프로그램을 설립하고, 프로그램 관리 사무소를 통해 자금 및 조율를 담당한다.
• 미국 국립연구소와 대학을 대상으로 공모 및 심사 절차를 통해 R&D 활동을 조직하여 다기관 협력이 가능하도록 한다.
• 기존의 일반 가속기 R&D(GARD) 프로그램에서 다루지 않는, 특히 충돌기 설계, 초전도 RF, 비례 역학, 기계-검출기 인터페이스 분야의 가속기 전용 과제에 집중한다.
• ILC, FCC-ee, CLIC, C3, HELEN, 뮤온 충돌기 등 다양한 충돌기 개념 간의 R&D를 통합하여 교차 기술 이점을 극대화하고 기술 재사용을 증진한다.
• FCC, ILC, CEPC 등의 국제 설계 연구와 협력하여 노력의 일치를 도모하고 중복을 방지하며 미국 기여의 전략적 영향력을 확보한다.
• 가속기 전문가 및 물리학 전문가로 구성된 자문위원회를 통해 정기적인 평가를 실시하여 P5 우선순위 및 변화하는 과학 목표에 부합함을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재 이 분야에 전담 R&D가 없는 상황에서 미국은 어떻게 향후 충돌기 개발 분야에서 리더십을 회복할 수 있는가?
• RQ2 기존 GARD 프로그램이 다루지 않는, $e^+e^-$ 힉스 공장과 고에너지 충돌기 개발의 핵심 기술적 과제는 무엇인가?
• RQ3 다양한 미래 충돌기 개념 간의 상호보완성을 극대화하면서도 중복된 노력을 방지하기 위해 중앙집중적이고 통합된 국립 R&D 프로그램은 어떻게 운영할 수 있는가?
• RQ4 미국이 다음 세대 충돌기 설계 및 개발 분야에서 리더십을 확보하기 위해 필요한 지속적 투자 수준은 어느 정도인가?
• RQ5 전략적 R&D 투자를 통해 외국에서 운영되는 국제 충돌기 프로젝트뿐 아니라 향후 미국 내에서 구현 가능한 시설에도 의미 있는 참여를 보장하는 방법은 무엇인가?

주요 결과

• 미국은 현재 향후 충돌기 전용 R&D가 부재하여 가속기 및 입자물리 분야에서의 리더십에 심각한 격차를 노출하고 있다.
• 연간 평균 2,500만 달러의 투자로 추정되는 국립 R&D 프로그램을 통해 FCC 및 ILC와 같은 글로벌 충돌기 프로젝트에서의 미국 리더십을 확보할 수 있다.
• 이 제안된 프로그램은 가속기 설계, 기술, 비례 물리학 분야의 충돌기 전용 과제에 집중함으로써 기존 GARD 노력과 보완된다.
• 중앙집중적 조율를 통해 $e^+e^-$ 충돌기, 뮤온 충돌기, 고도화된 가속 개념 등 다양한 충돌기 개념 간의 상호보완성을 향상시킬 수 있다.
• 공식적인 개념 설계 단계 이전에 프로젝트의 초기 통합 및 최적화를 지원함으로써 페르미랩 시설 플러거 $e^+e^-$ 충돌기 및 HELEN과 같은 새로운 충돌기 설계의 개발을 촉진한다.
• 전문가 자문위원회가 정기적으로 평가를 실시함으로써 P5 우선순위 및 글로벌 동향에 부합하는 전략적 일致성과 영향력을 유지할 수 있다.