[論文レビュー] From Neutrino Factory to Muon Collider

S. Geer|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2010

Muon and positron interactions and applications参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ニュートリノ・ファクトリーからミューオン・コライダーへの概念的パスを提案し、共通の加速器技術とR&Dニーズに焦点を当てる。ニュートリノ物理学のためのミューオン生成・捕捉システムが、高エネルギー衝突を可能にするためにアップグレード可能であることを示し、CERNがその移行のための潜在的サイトであると述べる。

ABSTRACT

Both Muon Colliders and Neutrino Factories require a muon source capable of producing and capturing O(10^21) muons/year. This paper reviews the similarities and differences between Neutrino Factory and Muon Collider accelerator complexes, the ongoing R&D needed for a Muon Collider that goes beyond Neutrino Factory R&D, and some thoughts about how a Neutrino Factory on the CERN site might eventually be upgraded to a Muon Collider.

研究の動機と目的

• ニュートリノ・ファクトリーとミューオン・コライダーの加速器複合施設の間の技術的および概念的類似点と相違点を分析すること。
• ニュートリノ・ファクトリーに必要なものよりも、ミューオン・コライダーに必要な追加のR&Dを同定すること。
• CERNにおけるニュートリノ・ファクトリーのアップグレードによるミューオン・コライダー化の可能性を評価すること。
• 10^21 ミューオン/年というミューオン源性能が、両施設の実現に果たす役割を評価すること。
• 既存のニュートリノ・ファクトリーインfraストラクチャを基盤として、将来の高エネルギーミューオンコライダー開発のロードマップを提示すること。

提案手法

• ニュートリノ・ファクトリーとミューオン・コライダーに必要な加速器チェーン部品（ミューオン生成、冷却、加速）をレビューする。
• ミューオン源要件を分析し、年間約10^21個のミューオンを生成・捕捉する必要性に焦点を当てる。
• 両施設で低エミッタンスのミューオンビームを実現するために必要な冷却チャネル設計を比較する。
• 高出力のミューオン衝突を可能にするために、超伝導RFキャビティとイオン化冷却の役割を検討する。
• 既存インフラとR&Dを活用した段階的アップグレード経路を提案する。
• ビームダイナミクス、ラティス設計、放射線制約の観点から移行に及ぼす影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニュートリノ・ファクトリーとミューオン・コライダーに必要な加速器複合施設の間の主な技術的相違点は何か？
• RQ2 現在のニュートリノ・ファクトリー開発を越えて、ニュートリノ・ファクトリーからミューオン・コライダーに移行するために必要な追加のR&Dは何か？
• RQ3 CERNにおけるニュートリノ・ファクトリーをどのようにアップグレードしてミューオン・コライダーを実現できるか？
• RQ4 10^21 ミューオン/年のミューオン源性能が、両施設の実現に果たす役割は何か？
• RQ5 ニュートリノ生成から高エネルギーミューオン衝突へのスケーリングに際して、重要な設計および運用上の課題は何か？

主な発見

• ニュートリノ・ファクトリーとミューオン・コライダーの両方において、年間約10^21個のミューオンを生成・捕捉できるミューオン源が必要である。
• イオン化冷却や超伝導RFキャビティといったコア加速器技術は、両施設で共有されており、共通のR&D基盤を形成している。
• ニュートリノ・ファクトリーの要件を超えて、ミューオン・コライダーの実現には、特に高勾配RFシステムと高度なビーム冷却技術の分野で、顕著な追加R&Dが必要である。
• 本論文は、既存インフラと継続的なニュートリノ・ファクトリーR&Dを踏まえ、CERNを将来のミューオン・コライダーのアップグレードに適したサイトと特定している。
• 共通の部品とビームダイナミクスの原則を活用した段階的開発アプローチにより、ニュートリノ・ファクトリーからミューオン・コライダーへの移行は技術的に実現可能である。
• 本研究は、ニュートリノ物理学から高エネルギーミューオン衝突への道のりが、現在の加速器物理学の進展によって十分に裏付けられており、強く動機づけられていると結論づけている。