[论文解读] U.S. National Accelerator R\&D Program on Future Colliders

P. C. Bhat, S. Belomestnykh+14 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2022

Particle Detector Development and Performance被引用 4

一句话总结

本白皮书提出了一项新的美国国家级加速器研发计划，聚焦于未来对撞机，以弥合美国在对撞机科学领域领导力上的关键缺口。该计划将整合加速器设计、技术及束流物理领域的研发工作，与现有的通用加速器研发（GARD）工作相辅相成，使美国在FCC和ILC等全球对撞机项目中保持领导地位，并通过集中协调与战略性投资推动适合在美国建设的设施概念的发展。

ABSTRACT

Future colliders are an essential component of a strategic vision for particle physics. Conceptual studies and technical developments for several exciting future collider options are underway internationally. In order to realize a future collider, a concerted accelerator R\&D program is required. The U.S. HEP accelerator R\&D program currently has no direct effort in collider-specific R\&D area. This shortcoming greatly compromises the U.S. leadership role in accelerator and particle physics. In this white paper, we propose a new national accelerator R\&D program on future colliders and outline the important characteristics of such a program.

研究动机与目标

• 解决美国在对撞机专用加速器技术方面缺乏专门研发的问题，该问题正削弱美国在未来粒子物理设施中的领导地位。
• 通过支持早期研发与整合，使美国能够参与全球未来对撞机项目，如FCC、ILC和SppC。
• 促进适合在美国建设的新型对撞机概念的发展，包括环形 $e^+e^-$ 对撞机和缪子对撞机。
• 通过支持持续且协调一致的研发工作，确保美国在加速器科学领域保持一支熟练的技术人才队伍。
• 建立一个集中化、全国协调的研发项目，以避免重复工作，增强协同效应，并与P5优先事项及全球努力保持一致。

提出的方法

• 在一家美国国家实验室设立集中化的国家级研发计划，由项目管理办公室负责资金与协调工作。
• 通过向美国国家实验室和大学开放的竞赛性提案与评审流程组织研发活动，支持多机构合作。
• 聚焦于现有通用加速器研发（GARD）计划未涵盖的加速器特定挑战，特别是对撞机设计、超导射频技术、束流动力学以及加速器-探测器接口方面的问题。
• 整合多种对撞机概念（如ILC、FCC-ee、CLIC、C3、HELEN、缪子对撞机）的研发工作，以最大化跨领域协同效益与技术复用。
• 与国际设计研究（如FCC、ILC、CEPC）协调，确保工作对齐、避免重复，并确保美国贡献具有战略性影响。
• 通过由加速器与物理专家组成的顾问委员会定期评估，确保与P5优先事项和不断演变的科学目标保持一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 鉴于目前该领域缺乏专门研发，美国如何重新确立在下一代对撞机研发中的领导地位？
• RQ2 在开发 $e^+e^-$ 希格斯工厂与高能对撞机方面，有哪些关键技术挑战是现有GARD计划未能覆盖的？
• RQ3 如何通过集中化、协调化的国家级研发计划，最大化不同未来对撞机概念之间的协同效应，同时避免重复工作？
• RQ4 为使美国在下一代对撞机的设计与开发中成为领导者，需要多大规模的持续资金投入？
• RQ5 美国如何通过战略性研发投资，确保在国际对撞机项目中实现有意义的参与，包括境外建设的项目以及潜在的美国本土设施？

主要发现

• 目前美国缺乏针对未来对撞机的专门研发，这一关键缺口正削弱其在加速器与粒子物理领域的领导地位。
• 一项估计年均投入2500万美元的国家级研发计划，可使美国在FCC和ILC等全球对撞机项目中实现领导地位。
• 所提议的计划将通过聚焦于加速器设计、技术与束流物理中的对撞机特定挑战，与现有GARD工作形成互补。
• 集中化协调将增强多种对撞机概念之间的协同效应，包括 $e^+e^-$ 对撞机、缪子对撞机以及先进加速概念。
• 该计划将支持在正式概念设计阶段之前，对新型对撞机设计（如费米实验室场地填充 $e^+e^-$ 对撞机与HELEN）进行早期整合与优化。
• 由专家顾问委员会定期开展的评估将确保与P5优先事项及全球发展保持一致，从而维持战略一致性与影响力。