[论文解读] Considerations on Energy Frontier Colliders After LHC

Vladimir Shiltsev|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Particle Detector Development and Performance参考文献 3被引用 7

一句话总结

本文从能量范围、亮度和成本三个维度，评估了LHC之后的对撞机（包括ILC、CLIC、μ子对撞机、等离子体对撞机、CEPC、FCC和HE-LHC）的可行性。文章概述了关键加速器研发挑战，并评估了技术与财务可行性，以指导未来高能物理（HEP）路线图决策。

ABSTRACT

The future of the world-wide HEP community critically depends on the feasibility of possible post-LHC colliders. The concept of the feasibility is complex and includes at least three factors: feasibility of energy, feasibility of luminosiity and feasibility of cost. The talk will give on overview of all current options for post-LHC colliders from such perspective (ILC, CLIC, Muon Collider, plasma colliders, CEPC, FCC, HE-LHC, etc) and discuss major challenges and accelerator R&D required to claim these machines feasible.

研究动机与目标

• 评估LHC之后新一代能级前沿对撞机的技术与财务可行性。
• 识别实现未来对撞机项目所需能量、亮度和成本目标的关键挑战。
• 评估使LHC之后对撞机可行所必需的加速器研发现状。
• 对主要提出的对撞机概念（包括ILC、CLIC、μ子对撞机、等离子体对撞机、CEPC、FCC和HE-LHC）进行比较性概述。
• 基于可行性标准，为全球高能物理（HEP）界提供研发投资优先级的指导。

提出的方法

• 使用能量范围、亮度和成本三个可行性维度，系统评估每种LHC之后对撞机概念。
• 分析加速器物理挑战，如束流动力学、能量效率和机器复杂性。
• 综述超导磁体、射频系统、束流冷却以及等离子体尾场加速方面的正在进行的研发工作。
• 比较不同对撞机设计在技术成熟度和可扩展性方面的差异。
• 评估大型对撞机项目在长期可持续性和基础设施需求方面的表现。
• 整合国际高能物理界和加速器物理专家的输入，以完善可行性标准。

实验结果

研究问题

• RQ1 实现LHC之后对撞机的主要技术和财务障碍是什么？
• RQ2 不同对撞机设计（如ILC、CLIC、μ子对撞机）在能量、亮度和成本可行性方面如何比较？
• RQ3 哪些研发进展对于使下一代对撞机在技术上可行至关重要？
• RQ4 在当前可行性约束下，哪种对撞机概念最具前景的前进路径？
• RQ5 未来对撞机应用中，基于等离子体的技术与传统加速器技术相比如何？

主要发现

• LHC之后对撞机的可行性取决于在高能量、高亮度和可控成本之间取得平衡。
• ILC和CLIC在研发方面较为先进，但面临显著的成本和技术障碍，尤其是在实现高亮度运行方面。
• μ子对撞机具有高能量和高亮度潜力，但需要在μ子冷却和束流处理方面取得突破。
• 基于等离子体的对撞机在实现紧凑、高梯度加速方面前景可观，但目前仍处于早期可行性测试阶段。
• CEPC和FCC代表大规模、多阶段项目，具有强有力的物理依据，但成本和基础设施需求巨大。
• HE-LHC是一条近期、成本效益高的升级路径，可扩展LHC的物理研究范围，但无法替代对新型能级前沿机器的需求。