[论文解读] Study Overview for Super Proton-Proton Collider

Jingyu Tang, Yuhong Zhang+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2022

Particle Detector Development and Performance被引用 5

一句话总结

本文全面研究了超级质子-质子对撞机（SPPC），这是一座拟议中的100公里周长、20特斯拉极向磁场的对撞机，旨在实现125太电子伏特的质心系能量，以探索高能物理的能标前沿。研究概述了装置设计、关键技术挑战、研发需求、分阶段发展方案以及与其他设施的协同效应，将SPPC定位为2040年代的下一代发现装置。

ABSTRACT

SPPC (Super Proton-Proton Collider) is a discovery machine that is designed for energy frontier research in two decades from now, as the second stage of the CEPC-SPPC project. The main objective is to carry out experiments at 125 TeV in center-of-mass energy in a two-ring collider of 100 km in circumference and 20 T in dipole field. This white paper about SPPC describes the machine related issues, including performance, design overview, design challenges, key technologies and their maturity and required R&D, staged options and upgrades, synergies with other facilities, and environmental impacts.

研究动机与目标

• 为SPPC作为CEPC-SPPC项目第二阶段的科学与技术路线图提供定义。
• 解决建造一座周长100公里、极向磁场20特斯拉、可实现125太电子伏特质心系能量的对撞机所面临的挑战。
• 评估关键技术的成熟度及其在SPPC建设中所需的研发工作。
• 探索分阶段实施方案与升级路径，以确保长期可行性。
• 评估该项目与其他国际设施的协同效应以及项目对环境的影响。

提出的方法

• 设计一座周长100公里、极向磁场20特斯拉的双环质子-质子对撞机，以实现125太电子伏特的对撞能量。
• 分析装置性能、束流动力学与晶格设计，以实现高亮度与稳定性。
• 评估关键技术，如高场超导磁体、束流诊断仪器与低温系统。
• 通过技术成熟度等级（TRLs）评估技术成熟度，并识别研发缺口。
• 提出分阶段建设方案，以管理技术与财务风险。
• 评估环境与场地影响因素，以确保所提议设施的可持续发展。

实验结果

研究问题

• RQ1 在建造一座周长100公里、极向磁场20特斯拉的125太电子伏特质子-质子对撞机过程中，面临的关键技术与工程挑战是什么？
• RQ2 为使高场超导磁体与束流诊断等关键技术成熟，所需的研发路线图是什么？
• RQ3 如何通过分阶段开发实现SPPC的长期可行性与科学回报？
• RQ4 SPPC与其他国际高能物理设施之间存在哪些协同效应？
• RQ5 建设一座周长100公里的对撞机对环境与场地的具体影响是什么？

主要发现

• SPPC设计通过100公里周长的双环对撞机与20特斯拉极向磁场，实现125太电子伏特的质心系能量。
• 高场超导磁体被确定为关键技术，当前的TRL水平表明需开展大量研发工作以达到飞行任务成熟度。
• 提出分阶段建设以管理技术风险，并实现渐进式科学进展。
• 识别出与CEPC及其他国际对撞机设施的协同效应，以增强科学与技术合作。
• 环境与场地影响评估已纳入规划，以确保可持续发展。
• 本研究为SPPC作为下一代能标前沿设施提供了全面的技术与科学基础。