[论文解读] Conceptual Design for a Polarized Proton-Antiproton Collider Facility at Gsi

F. Bradamante, I. Koop+4 more|ArXiv.org|Nov 30, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文提出了在GSI的HESR储存环上建设极化质子-反质子对撞机的概念设计，利用现有基础设施并进行适度改造，实现在10–30 GeV质心系能量下的对撞。该设计实现了5×10³¹ cm⁻²s⁻¹的亮度，使高精度的Drell-Yan物理研究成为可能，且使用极化束流。

ABSTRACT

Two possible options of polarized proton-antiproton collider at the future HESR storage ring are considered. It is shown that the modifications of the present HESR project which are needed to arrange for the polarized proton-antiproton collisions are relatively moderate. An achievable luminosity of 5x10^31 cm^-2 sec^-1 will provide a possibility to carry out experiments in the CM energy range 10-30 GeV, a particularly interesting option for Drell-Yan physics.

研究动机与目标

• 探索在GSI未来的HESR储存环上实现极化质子-反质子对撞的可行性。
• 评估为实现极化束流运行而对现有HESR项目所需进行的技术改造。
• 评估可实现的亮度及其对高能物理实验的影响。
• 识别此类设施的物理潜力，特别是对Drell-Yan过程的贡献。
• 为利用现有基础设施建设新型极化束流对撞机设施提供概念性框架。

提出的方法

• 改造现有的HESR储存环设计，以支持极化质子和反质子束流。
• 实施自旋旋转器系统和Siberian蛇，以在加速和对撞过程中保持束流极化。
• 利用HESR环现有的磁体和真空系统，并针对性地进行极化控制升级。
• 设计束流动力学模拟，以确保极化稳定性和高亮度。
• 优化束流参数，实现在10–30 GeV质心系能量下5×10³¹ cm⁻²s⁻¹的亮度。
• 评估束流-束流效应和自旋扩散对极化保持的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 为实现极化质子-反质子对撞，HESR储存环需要进行哪些改造？
• RQ2 现有的HESR基础设施能否支持必要的极化保持技术？
• RQ3 在10–30 GeV质心系能量范围内，使用极化束流可实现多高的亮度？
• RQ4 束流极化稳定性如何影响Drell-Yan物理实验的可行性？
• RQ5 在该能量尺度下，极化质子-反质子对撞机的物理潜力如何？

主要发现

• 为实现极化质子-反质子对撞而对HESR项目所需进行的改造相对较小，可充分利用现有基础设施。
• 可实现5×10³¹ cm⁻²s⁻¹的亮度，使在10–30 GeV质心系能量范围内的高精度实验成为可能。
• 该设计支持Drell-Yan物理研究，该过程在该能量区域对极化效应特别敏感。
• 自旋旋转器系统和Siberian蛇可集成到HESR设计中，以保持束流极化。
• 束流动力学模拟证实，在所提出的运行条件下，极化可以得到保持。
• 该设施在技术上是可行的，并为在中等能量下实现极化质子-反质子对撞提供了成本效益高的路径。