[论文解读] Snowmass'21 Accelerator Frontier Report

S. Gourlay, T. Raubenheimer+36 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2022

International Science and Diplomacy被引用 8

一句话总结

本文提出了一项美国加速器科学的战略路线图，强调持续投资束流物理、先进加速器研发及人才队伍建设，以保持高能物理领域的全球领导地位。报告主张优先推进未来设施，如升级的质子复合体、希格斯/电弱工厂和μ子对撞机，同时扭转对基础加速器研究与教育支持下降的趋势。

ABSTRACT

In 2020-2022, extensive discussions and deliberations have taken place in corresponding topical working groups of the Snowmass Accelerator Frontier (AF) and in numerous joint meetings with other Frontiers, Snowmass-wide meetings, a series of Colloquium-style Agoras, cross-Frontier Forums on muon and electron-positron colliders and the collider Implementation Task Force (ITF). The outcomes of these activities are summarized in this Accelerator Frontier report.

研究动机与目标

• 应对自2010年代以来美国束流物理与加速器科学支持持续下降的问题，特别是OHEP GARD项目在实际预算上的削减。
• 重建并维持美国在下一代对撞机技术方面的能力，包括$e^{+}e^{-}$、μ子及高强度质子对撞机，以应对能量前沿向欧洲转移的趋势。
• 通过扩大教育、推广及多样性举措，加强美国加速器人才队伍，确保未来加速器科学家与工程师的多样化、包容性及高素质人才管道。
• 将加速器研发与国家及国际战略规划（如P5、CERN、EIC）对齐，确保设施开发在成本效益、时效性及科学影响力方面达到最优。
• 建立加速器技术发展的长期指标与路线图，涵盖射频腔、磁铁及束流测试设施，以支持未来高能物理项目。

提出的方法

• 为DOE OHEP GARD项目制定十年期路线图，聚焦束流物理四大核心挑战：强度、品质、控制与预测。
• 重新建立针对未来对撞机概念的束流物理研究项目，特别是$e^{+}e^{-}$与μ子对撞机，以重振美国在该领域的专业能力。
• 通过增加资金与基础设施投入，强化美国的束流测试设施，以保持全球竞争力。
• 通过增加一名全职人员（FTE）扩展美国粒子加速器学校（USPAS），以提升推广、信息技术支持及长期规划能力。
• 开展全国性协调行动，系统收集并分析加速器科学与工程（AS&E）领域在性别、族裔及职业发展路径方面的劳动力统计数据，以指导公平与包容性政策。
• 与USPAS合作启动年度本科生招募计划，拓宽人才来源，尤其面向女性及代表性不足的少数群体。

实验结果

研究问题

• RQ1 美国如何扭转束流物理与加速器科学研究支持持续下降的趋势，特别是在OHEP GARD项目中的情况？
• RQ2 为使美国在下一代加速器设施（如希格斯/电弱工厂和10+ TeV μ子对撞机）中保持领导地位，需要哪些战略性投资？
• RQ3 美国如何重建并维持一支多样化、包容性及高素质的加速器人才队伍，以满足未来高能物理设施的需求？
• RQ4 束流测试设施与高校加速器研究在维持美国加速器研发领导地位方面应发挥何种作用？
• RQ5 如何通过整合的数据收集与推广项目，提升女性及代表性不足少数群体在加速器科学中的代表性与留存率？

主要发现

• 自2010年代以来，OHEP GARD项目（特别是加速器与束流物理（ABP）部分）的实际预算持续下降，威胁美国加速器研发的可持续性。
• 国际社会对下一代对撞机的推动力日益增强，包括CERN的FCC-ee、中国的CEPC，以及美国的$C^{3}$与HELEN项目，其中μ子对撞机在10+ TeV能量前沿领域展现出高潜力。
• 美国必须优先推进费米实验室多兆瓦级质子束流升级，以支持2030年代的DUNE中微子计划及其他稀有过程实验。
• 通过改造现有及即将建成的设施（如SLAC的SRF直线加速器及升级质子复合体的分流束流），可实现成本效益高的轴子与暗物质探测。
• 强化束流测试设施并为USPAS增加一名FTE，对维持美国在加速器技术与教育领域的竞争力至关重要。
• 通过协调一致、数据驱动的方式追踪劳动力多样性并实施有针对性的推广措施，是确保人才留存与AS&E领域长期可持续发展的关键。