Future accelerator projects: new physics at the energy frontier
本文综述了未来环形和线性对撞机在能量前沿探索新物理的潜力，包括对BSM现象的搜索，并强调了不同对撞机选项的科学目标。
2023-06-22 hep-ph physics.acc-ph
Proton Colliders at the Energy Frontier
自从CERN ISR以来，强子对撞机已经定义了能量边界。值得注意的是将超级质子同步加速器（SPS）改造成质子-反质子对撞机，即Tevatron对撞机，以及美国废弃的SSC。强子对撞机很可能决定未来一百年粒子物理学的发展速度。过去强子对撞机的发现对于建立粒子物理学的所谓标准模型至关重要。世界上目前的旗舰对撞机，LHC，包括其高光度升级的HL-LHC，将运行到2030年代的下半年。在21世纪，能量范围的进一步增加需要另一个更强大的强子对撞机。下一个强子对撞机的三种选择目前正在研究中。由CERN主持的未来圆形对撞机（FCC）研究正在设计一个100 TeV的对撞机，将安装在日内瓦湖盆地的一个新的100公里隧道内。一个类似的100公里对撞机，称为SppC，正在中国由CAS-IHEP追求。在这两台机器中，同步辐射阻尼将首次在强子储存环中发挥重要作用。同时，冷磁体内部发射的同步辐射功率成为重要的设计约束。FCC和SppC之间的一个重要区别是磁体技术。FCC使用基于Nb 3Sn超导体的16特斯拉磁体，而SppC磁体应使用由铁基高温超导体制成的电缆来实现。最初，假设SppC磁体提供12 T的更适度的偶极场，但随后可以将其推到24 T的最终最终场。目前正在研究的第三个对撞机是高能LHC（HE-LHC），它是现有LHC隧道中的一个更高能量的对撞机，利用FCC磁铁技术，以便在显着更高的亮度下将LHC能量加…
2018-03-26 hep-ex physics.acc-ph
Considerations On Energy Frontier Colliders After LHC
自20世纪60年代以来，粒子对撞机一直处于粒子物理学的前沿，共建造和运行了29台，目前正在运行的有7台。目前，美国、欧洲和国际粒子物理界的近期战略集中在通过其高光度升级（HL-LHC）充分开发大型强子对撞机（LHC）的物理潜力。世界范围内的高能物理社区的未来关键取决于可能的后LHC对撞机的可行性。可行性的概念是复杂的，至少包括三个因素：能量的可行性，光度的可行性和成本的可行性。在这里，我们概述了所有当前的选择后LHC对撞机从这样的角度（ILC，CLIC，μ子对撞机，等离子体对撞机，CEPC，FCC，HE-LHC），并讨论了主要的挑战和加速器的R&D所需的证明LHC后的能源前沿加速器设施的可行性。最后，我们将探讨基于等离子体和晶体的终极能量到达加速器，并讨论基于加速器的粒子物理学的未来前景。本文在很大程度上遵循了先前的研究和在芝加哥ICHEP 2016会议上的演讲。
2017-05-04 physics.acc-ph
CLIC e+e- Linear Collider Studies - Input to the Snowmass process 2013
本文讨论了Snowmass 2013进程的前沿能力小组对能源前沿轻子和伽马对撞机提出的问题，并相应地进行了结构化。它将附有一份文件，描述目前正在准备提交给能源前沿小组的CLIC项目的探测器和物理研究。
2013-05-24 physics.acc-ph
Enabling Intensity and Energy Frontier Science with a Muon Accelerator Facility in the U.S.: A White Paper Submitted to the 2013 U.S. Community Summer Study of the Division of Particles and Fields of the American Physical Society
基于费米实验室现有和拟建设施的强度和能量前沿科学的μ介子设施的分阶段方法。在每个阶段，探索新物理的设施也提供了一个研发平台，以验证后续阶段所需的技术。设想的计划从nuSTORM开始，nuSTORM是一种敏感的无菌中微子搜索，它还提供精确的中微子截面测量，同时开发使用和冷却μ子的技术。一个基于X项目的阶段性中微子工厂，将光束发送到桑福德地下研究设施（SURF），该设施将容纳LBNE探测器，可以在强度前沿详细探索中微子特性，同时还建立了使用强聚束μ子束的技术。然后，该复合体可以向μ子对撞机发展，从126 GeV开始，测量希格斯共振到亚MeV精度，并继续发展多TeV对撞机，以探索超越能量前沿标准模型的物理学。附录解决了CSS2013前沿能力研究组的轻子对撞机小组提出的具体问题。
2014-01-03 hep-ph physics.acc-ph physics.ins-det
White Paper on High Temperature Superconducting Bi-2212 Magnets for Energy Frontier Circular Colliders
Bi-2212是目前唯一一种各向同性、扭转、多芯圆线形式的高温超导材料，它将使高场超导加速器磁体的应用范围大大扩展到圆线、各向同性Nb-Ti和Nb 3Sn导体之外。本文描述了Bi-2212在未来高能圆对撞机（包括高能质子和μ子对撞机）中可能发挥的重要作用。我们描述了其目前的技术状态（导体开发，磁体设计概念，原型磁体状态），然后在一个综合战略中提供了一个10年计划，用于>15 T加速器磁体和>25 T螺线管磁体，以吸引行业和整个美国以及对HTS磁体应用感兴趣的国际科学企业。
2022-03-23 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Snowmass'21 Accelerator Frontier Report
在2020 - 2022年，在Snowmass加速器前沿（AF）的相应专题工作组以及与其他前沿的许多联合会议，Snowmass范围内的会议，一系列学术讨论会式的Agoras，跨前沿论坛上进行了广泛的讨论和审议μ子和电子-正电子对撞机以及对撞机实施工作组（ITF）。这些活动的成果在本加速器前沿报告中进行了总结。
2022-11-17 hep-ex physics.acc-ph
Muon Colliders: Opening New Horizons for Particle Physics
在过去的50年里，粒子对撞机可以说是粒子物理学最重要的仪器。随着它们变得越来越强大，它们被用来将我们的知识前沿推向以前未知的领域。大型强子对撞机是迄今为止能量最高的对撞机，希格斯玻色子就是在那里被发现的。要继续沿着这条路进入标准模型之外的Terra Promissa，需要能量达到甚至比LHC更大的对撞机。μ子束为探索能源前沿提供了巨大的潜力。由于μ子是一种基本粒子，它的全部能量可以在碰撞中获得，而质子则由夸克和胶子组成。然而，μ子束迅速衰减，这对对撞机提出了特殊的挑战。最近的研究表明，克服这一挑战所需的技术是在我们掌握之中，并可能提供一个具有成本效益和能源效率的选择，以继续我们的探索。一个新的国际合作正在形成，以汇集来自世界各地的不同专业知识和互补能力，以实现μ子对撞机作为下一代能源前沿发现机器。
2020-07-30 hep-ex physics.acc-ph
Multiple Bent Crystal Reflections for Efficient Beam Collimation in Frontier Colliders
大型强子对撞机（LHC）使用多级准直器系统来吸收不断增长的循环束晕，以保护和确保超导磁体的可靠运行。未来圆形对撞机（FCC）计划使用类似的系统。为配合大型强子对撞机的高亮度运行，正在研究改进准直系统。研究表明，改善光束准直的解决方案之一是在短弯曲晶体中使用沟道效应，该晶体充当初级准直器，通过沟道效应将粒子深深地抛入次级准直器中。该系统对晶体的角位置和不同性质的可能振动非常敏感。在本文中，我们提出了一种不同的方法，晶体准直的基础上，从弯曲的晶体平面在一系列的晶体粒子的体积反射。该方案的积极品质得到了证实，并提出了能够实现该方案的多条晶体器件。
2020-05-06 physics.acc-ph
Facilities for the Energy Frontier of Nuclear Physics
自2001年以来，BNL的相对论重离子对撞机一直在探索核物理的能源前沿。它的性能、灵活性和持续的创新升级可以在未来几年维持其物理输出。现在，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机即将把实验室核碰撞的前沿能量扩大一个数量级以上。在未来的几年里，它的物理范围将朝着更高的能量，光度和不同的碰撞物种发展，在加速器技术和核物理本身设定的性能范围内。补充性高能设施将包括欧洲核子研究中心的固定目标对撞机、地球物理研究所的FAIR综合设施以及可能的电子-离子对撞机，这些对撞机是以JLAB的CEBAF、BNL的RHIC或欧洲核子研究中心的LHC为基础的。
2011-09-01 nucl-ex physics.acc-ph
The physics case for a neutrino lepton collider in light of the CDF W mass measurement
提出基于缪子衰变产生中微子束的中微子轻子对撞机，通过单W产生精确测量W质量，并实现多种物理目标，可作为缪子对撞机的中间步骤。
2022-08-26 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Future HEP Accelerators: The US Perspective
自20世纪30年代加速器问世以来，加速器技术取得了巨大的进步，粒子加速器已成为高能物理（HEP）研究中不可或缺的工具，可以在越来越小的距离上探测自然。目前，加速器设施可以分为能量前沿对撞机，使直接发现和研究高质量尺度粒子和强度前沿加速器的探索极其罕见的过程，通常在相对较低的能量。全球能源前沿粒子物理界的近期战略集中在通过其高光度升级（HL-LHC）充分开发欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的物理潜力，而强度前沿HEP研究则集中在兆瓦级束流功率加速器设施（如费米实验室主注入器）的中微子研究，计划PIP-II SRF直线加速器项目。一些下一代加速器设施已经提出，目前正在考虑中期和长期的未来计划的加速器为基础的高能物理研究。在本文中，我们简要回顾后LHC能量前沿的选择，无论是轻子和强子对撞机在世界各地，以及未来可能的强度前沿加速器设施。
2016-03-24 hep-ex physics.acc-ph
Review of Muon-Proton Collider Proposals: Main Parameters
与能量前沿pp对撞机相切的未来μ子对撞机（或专用μ环）的建设将提供机会，以$10^{33}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$（$10^{34}$ cm $^{-2}$ s $^{-1}$）数量级的光度实现多TeV质心能量的μ-p碰撞。显然，这样的对撞机将从根本上扩大相应的μ子和强子对撞机的物理搜索潜力的SM（特别是澄清QCD基础）和BSM现象。本文评述了目前提出的μ-p对撞机的主要参数。
2022-05-30 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Development of a Frictional Cooling Demonstration experiment
μ子对撞机将开辟高能粒子物理研究的新领域，允许在TeV能量前沿进行精确测量。建造μ子对撞机的最大挑战之一是在与μ子寿命相当的时间尺度上制备μ子束。制冷是解决这一问题的一个潜在方案。在本文中，我们简要介绍了摩擦冷却和详细的摩擦冷却演示（FCD）实验在马克斯普朗克物理研究所，慕尼黑。FCD实验旨在验证摩擦冷却背后的工作原理，目前已进入调试阶段，并将很快开始数据采集。
2010-12-17 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Ultimate Limit of Future Colliders
目前世界上已有7台运行中的对撞机，还有两台正在建设中，国际粒子物理学界不仅积极探索下一批设施的选择方案，以详细研究希格斯/电弱物理和超越LHC能量前沿，而且还寻求对对撞束方法的局限性的清晰认识。在本文中，我们试图巩固各种最近的努力，在确定物理极限的对撞机与社会可持续发展，并分享我们的想法的角度来看，达到最终的对撞机是在量子极限。
2022-09-08 hep-ph physics.acc-ph
Precision Polarimetry at the International Linear Collider
国际直线对撞机（ILC）将在45.6 GeV至250 GeV（可选高达500 GeV）的束流能量下碰撞极化电子和正电子。为了充分利用这台机器的物理潜力，不仅必须精确地知道亮度和光束能量，而且必须以前所未有的dP/P ~ 0.25%的精度测量粒子的偏振。高精度偏振测量在高光束能量的整体概念。重点将放在ILC光束传输系统中嵌入的偏振计（e+e相互作用点的上游和下游）上。讨论了康普顿光谱仪的设计和每个偏振计的切伦科夫探测器的设计所面临的挑战。详细研究的光电探测器及其读出电子设备，特别是专注于线性的设备，因为这是预期的ILC的偏振测量的精度上的限制因素。
2008-10-13 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Hydrostatic Level Sensors as High Precision Ground Motion Instrumentation for Tevatron and Other Energy Frontier Accelerators
粒子加速器推动了我们知识的极限，以寻找关于微观世界和我们宇宙的最基本问题的答案。在这些追求中，加速器发展到越来越高的能量和粒子束强度以及越来越小的束尺寸。其结果是，现代现有的和计划中的能源前沿加速器的要求非常严格的公差对齐和稳定性的元素：磁铁，加速腔，真空室等。在这篇文章中，我们描述了仪器开发和使用的加速器费米实验室的Tevatron（FNAL，巴达维亚，IL美国）和研究走向国际直线对撞机（ILC）。该仪器包括用于甚低频测量的静压液位传感器（HLS）。我们提出的传感器的设计特点，概述其技术参数，描述测试和校准程序，并讨论不同的操作制度。这些探测器的地面运动测量的实验结果将在随后的文件。
2012-05-08 physics.acc-ph physics.ins-det
White Paper on Leading-Edge technology And Feasibility-directed (LEAF) Program aimed at readiness demonstration for Energy Frontier Circular Colliders by the next decade
在这份Snowmass 2021进程白皮书中，我们建议建立一个磁铁前沿技术和可靠性导向计划（LEAF计划），为未来十年的对撞机决策做好准备。LEAF计划将依赖于目前在美国由磁铁开发计划（MDP）、导体采购和研发（CPRD）计划以及由早期职业奖（ECA）或实验室指导研发（LDRD）基金支持的HEP办公室的其他活动所涵盖的通用研发工作，并与之协同。在可能的情况下，与能源部或国家科学基金会的其他办事处的协同努力的联系被强调，并建议在国家范围内更广泛的合作努力。国际努力也被认为是LEAF方案的潜在合作伙伴。我们设想的LEAF计划，集中展示的可行性的μ子对撞机以及下一代高能强子对撞机的磁铁，追求，必要时，并保证了应用的性质，从R&D模型的过渡到长模型/原型。LEAF计划将自然地推动加速器质量和实验接口的设计考虑。LEAF还将在必要时集中精力采取降低成本和/或工业化步骤。
2022-03-15 physics.acc-ph
"Colliders or Bust"
带电粒子对撞机已被证明是高能物理发现的关键工具。不断推进我们知识的前沿一直依赖于，并且仍然不断呼吁，更好的性能和新技术。四十多年来，Swapan Chattopadhyay为这一努力作出了许多重要贡献。他帮助推动了对撞机发展的许多领域，特别是在随机冷却领域，不对称B工厂的发展，下一代和下一代高能对撞机的设计，以及粒子对撞机能量回收的利用。
2022-04-25 hep-ex physics.acc-ph
Ultimate Colliders
本文综述能量前沿粒子对撞机的发展与现状，指出远期超高能对撞机受尺寸、成本和功耗限制，需转向约1 PeV以上、低亮度运行的新研究范式。
2023-09-27 physics.acc-ph
Muon Collider Lattice Concepts
μ子对撞机在晶格设计中提出了许多具有挑战性的问题-低β星，小周长，大物理和动态孔径-必须解决这些问题，以便实现它为高能物理提供的独特机会。这一贡献提出了基本的解决方案，使人们有可能实现的目标，为能源前沿对撞机和希格斯工厂的Nb 3Sn磁体参数。
2018-06-22 physics.acc-ph
Summary Report of AF1 to Snowmass 2021: Beam Physics and Accelerator Education within the Accelerator Frontier
本报告总结了AF1专题小组的调查结果，以Snowmass 2021，该小组调查了加速器前沿（AF）内的束流物理和加速器教育。该报告主要关注基础加速器和束流物理学的机遇，并将其归纳为四大挑战。此外，报告还研究了加速器教育、外联和多样性问题的现状。对未来对撞机极限束流的物理极限也作了简要的讨论。
2022-09-16 physics.acc-ph
Critical problems of energy frontier Muon Colliders: optics, magnets and radiation
本白皮书汇集了我们以前对μ子对撞机（MC）的研究，并提出了6 TeV MC光学器件，超导（SC）磁体的设计概念，以及对保护系统的初步分析，以减少磁体辐射负载以及探测器中的粒子背景。SC磁体和探测器保护考虑对晶格选择施加了严格的限制，因此对撞机光学系统、磁体和机器探测器接口（MDI）的设计紧密交织在一起。作为一个第一近似，我们使用的相互作用区域（IR）的设计与β星=3毫米，而对于弧，我们重新缩放的3 TeV MC的弧细胞设计。传统的cos-theta线圈的几何形状和Nb 3Sn超导体被用来提供场图的分析和优化的电弧晶格和IR设计，以及研究的束流动力学和磁铁的辐射防护。将需要线圈中的应力管理以避免脆性SC线圈的大的退化或甚至损坏。在假设的IR设计中，靠近相互作用点（IP）的偶极子和每个IR中的钨掩模（以保护磁体）有助于减少检测器中的背景粒子通量。在探测器螺线管场的辅助下，距离IP 6至600 cm区域内的钨喷嘴捕获了靠近IP产生的大部分衰变电子以及IP中产生的大部分非相干电子-正电子对。在MDI区域使用先进的钨、铁、混凝土和硼化聚乙烯屏蔽，可以实现本底负荷的三个数量级以上的总减少。
2022-03-20 physics.acc-ph
Study Overview for Super Proton-Proton Collider
SPPC（超级质子-质子对撞机）是CEPC-SPPC项目的第二阶段，是为20年后的能源前沿研究而设计的发现机器。主要目标是在周长100 km、偶极场20 T的双环对撞机上进行质心能量为125 TeV的实验。这份关于SPPC的白皮书描述了与机器相关的问题，包括性能、设计概述、设计挑战、关键技术及其成熟度和所需的研发、阶段性选择和升级、与其他设施的协同作用以及环境影响。
2022-03-30 hep-ex physics.acc-ph
Future colliders - Linear and circular
2012年在LHC发现了一个轻希格斯玻色子，从而完成了粒子物理学的标准模型，引发了关于发现标准模型之外的物理学的最佳前进方式的辩论。在欧洲粒子物理战略更新的前夕，本文综述了在能源前沿的粒子物理中不同对撞机项目的动机和现状。本文反映了截至2018年12月的状况，请读者密切关注所介绍项目的最新信息。
2018-12-17 hep-ex physics.acc-ph
Future Circular Hadron Collider FCC-hh: Overview and Status
未来圆形对撞机（FCC）研究是由CERN主办的全球国际合作项目。它的目标是将该领域推向LHC之外的下一个能量前沿，将可以直接产生的粒子质量增加一个数量级，并将待研究的亚原子距离减少一个数量级。FCC的研究包括两个加速器，即能量前沿强子对撞机（FCC-hh）和最高亮度的高能轻子对撞机（FCC-ee）。这两个环都位于相同的100公里隧道基础设施中，复制了欧洲核子研究中心的LEP和LHC战略，即开发一个轻子和强子环共享同一个隧道。本文致力于FCC-hh，并总结了FCC-hh加速器设计，性能达到和底层技术的关键特征。本文介绍的材料以2019年发布的概念设计报告为基础，并对其进行了扩展，包括自那时以来取得的进展和成果。
2022-03-15 physics.acc-ph
Future colliders based on a modulated proton bunch driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，一个自调制的高能质子束团可以激发一个大幅度的等离子体尾场，并通过一个长的等离子体通道，在一个单级加速外注入的电子束团的能量前沿。在此基础上，未来的对撞机，无论是电子-正电子直线对撞机（e+-e-对撞机）或电子-强子对撞机（e-p对撞机）可以设想。在本文中，我们讨论了一些关键的设计问题的e+-e-对撞机和高能e-p对撞机，基于现有的基础设施的欧洲核子研究中心加速器复合体。
2012-05-31 physics.acc-ph
A Staged Muon-Based Neutrino and Collider Physics Program
我们为一系列基于μ子的设施制定了分阶段计划，这些设施可以在每个阶段进行引人注目的物理研究。这样的计划是独一无二的，因为它能够跨越美国高能物理咨询委员会P5小组定义的强度和能量边界。这种独特的物理学范围将基于μ子的设施置于无与伦比的位置，以解决有关宇宙性质的关键问题。
2012-12-18 hep-ph physics.acc-ph
A Staged Muon Accelerator Facility For Neutrino and Collider Physics
以μ子为基础的设施提供了独特的潜力，可以在中微子工厂的强度前沿和μ子对撞机的能量前沿提供能力。它们依赖于一种具有挑战性参数的新技术，其可行性目前正在由μ子加速器计划（MAP）进行评估。一个现实的情况下，一系列的补充阶段的设施，在每个阶段的复杂性和显着的物理潜力已经开发。它利用并利用了费米实验室已规划的功能，特别是通过质子改进计划（PIP-II）和长基线中微子设施（LBNF）启动的加速器综合体长期改进战略。每个阶段都旨在提供研发平台，以验证后续阶段所需的技术。的理由和顺序的分期过程和关键问题要解决的每个阶段，提出。
2015-02-05 physics.acc-ph
Collider design issues based on proton-driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，高能质子束可以激发强等离子体尾场，并在单个加速阶段将一束电子加速到能量前沿。因此，它为使用现有高能质子机器（例如Tevatron或LHC）的质子束的紧凑型未来对撞机设计铺平了道路。本文讨论了在欧洲核子研究中心现有加速器基础上设计一台小型正负电子直线对撞机和一台电子质子对撞机的一些关键问题。
2014-04-24 physics.acc-ph
