[论文解读] CERN Yellow Reports, Vol 4 (2016): Updated Baseline for a staged Compact Linear Collider

The CLIC|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2016

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用 146

一句话总结

本文重新审视 CLIC 分阶段情景，提出在 380 GeV、1.5 TeV 与 3 TeV 能量阶段上实现优化的性能、成本与功率，并包括一个替代的第一阶段基于 klystron 的选项。

ABSTRACT

The Compact Linear Collider (CLIC) is a multi-TeV high-luminosity linear e+e- collider under development. For an optimal exploitation of its physics potential, CLIC is foreseen to be built and operated in a staged approach with three centre-of-mass energy stages ranging from a few hundred GeV up to 3 TeV. The first stage will focus on precision Standard Model physics, in particular Higgs and top-quark measurements. Subsequent stages will focus on measurements of rare Higgs processes, as well as searches for new physics processes and precision measurements of new states, e.g. states previously discovered at LHC or at CLIC itself. In the 2012 CLIC Conceptual Design Report, a fully optimised 3 TeV collider was presented, while the proposed lower energy stages were not studied to the same level of detail. This report presents an updated baseline staging scenario for CLIC. The scenario is the result of a comprehensive study addressing the performance, cost and power of the CLIC accelerator complex as a function of centre-of-mass energy and it targets optimal physics output based on the current physics landscape. The optimised staging scenario foresees three main centre-of-mass energy stages at 380 GeV, 1.5 TeV and 3 TeV for a full CLIC programme spanning 22 years. For the first stage, an alternative to the CLIC drive beam scheme is presented in which the main linac power is produced using X-band klystrons.

研究动机与目标

• 在分阶段、多 TeV 级 e+e− 对撞机中评估 CLIC 在希格斯、顶夸克和 BSM 领域的物理潜力。
• 在考虑当前形势与约束的前提下，确定最大化物理输出的能量阶段。
• 为分阶段的 CLIC 计划提供更新的加速器、成本与功率优化。
• 评估第一阶段能量（380 GeV）的替代基于 klystron 的选项。

提出的方法

• 在候选能量（380 GeV、1.5 TeV、3 TeV）下，对希格斯、顶夸克和 BSM 测量进行基于物理学的基准测试。
• 结合束参数、射频结构以及功率/成本模型对对撞机性能进行模拟。
• 在束诱发背景与 beamstrahlung 下分析探测器能力（CLIC_SiD 与 CLIC_ILD）。
• 使用 WHIZARD/PYTHIA/TAUOLA 进行事件生成，GEANT4 进行探测器仿真，以及 PandoraPFA 进行重建。
• 评估分阶段光度与运行计划，包括在接近 350 GeV 的顶夸克阈值扫描。

实验结果

研究问题

• RQ1 在当前希格斯/顶夸克/BSM 知识水平下，哪些 CLIC 能量阶段最能最大化物理覆盖范围？
• RQ2 成本和功率考虑如何影响分阶段规划，目标是在约 22 年内实现一个综合的多阶段计划？
• RQ3 与之前研究的 CDR 基线相比，380 GeV 第一阶段的优点与取舍是什么？
• RQ4 束偏振和探测器性能如何影响各阶段的精确希格斯与顶测量？
• RQ5 替代的基于 klystron 的第一阶段对 CLIC 的可行性与影响是什么？

主要发现

• 在 380 GeV、1.5 TeV、3 TeV 的优化三阶段基线，在 22 年计划内提供广泛的希格斯、顶夸克和 BSM 覆盖。
• 第一阶段使得模型无关的希格斯耦合测量以及顶夸克阈值扫描成为可能，约 15% 的运行时间分配给阈值研究。
• 1.5 TeV 阶段扩展希格斯和顶物理学，允许罕见衰变和 HH 产生研究；3 TeV 阶段提升对新物理的敏感度以及精确的希格斯自耦合测量。
• 探索了一个替代的 380 GeV 基于 klystron 的第一阶段，在保持物理目标的同时提供不同的成本/功率分布。
• 总体而言，分阶段提供互补的物理输出，在某些假设下具有超越单一高能设施的潜力。