Linear colliders based on laser-plasma accelerators
C. Benedetti, S. S. Bulanov, E. Esarey, C. G. R. Geddes, A. J. Gonsalves, A. Huebl, R. Lehe, K. Nakamura, C. B. Schroeder, D. Terzani, J. van Tilborg, M. Turner, J. -L. Vay, T. Zhou, F. Albert, J. Bromage, E. M. Campbell, D. H. Froula, J. P. Palastro, J. Zuegel, D. Bruhwiler, N. M. Cook, B. Cros, M. C. Downer, M. Fuchs, B. A. Shadwick, S. J. Gessner, M. J. Hogan, S. M. Hooker, C. Jing, K. Krushelnick, A. G. R. Thomas, W. P. Leemans, A. R. Maier, J. Osterhoff, K. Poder, M. Thevenet, C. Joshi, W. B. Mori, H. M. Milchberg, M. Palmer, J. G. Power, N. Vafaei-Najafabadi
美国粒子物理社区规划演习（Snowmass 2021）的白皮书：基于激光等离子体加速器的直线对撞机
White paper to the Proceedings of the U.S. Particle Physics Community Planning Exercise (Snowmass 2021): Linear colliders based on laser-plasma accelerators
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Comment on "Physics considerations for laser-plasma linear colliders" and on "Beamstrahlung considerations in laser-plasma-accelerator-based linear colliders"
C. B. Schroeder，E.埃萨雷角Benedetti和W. P. Leemans {Phys.Rev.STAccel. Beams 13，101301（2010）和15，051301（2012）}已经提出了基于等离子体尾场加速器原理的TeV级对撞机的一组参数。特别是，它建议，大于10^34 cm-2s-1的亮度是可以实现的电子-正电子对撞机。在这篇评论中，我们在第一原理的基础上对这组参数进行了争论。加速束与等离子体的相互作用对束的性质和可达到的亮度值施加了基本的限制。
Computational accelerator science needs towards laser-plasma accelerators for future colliders
激光等离子体加速器由于其高梯度，有可能将未来高能物理直线加速器的尺寸减小一个数量级以上。目前的研究正在进行中，包括LBNL的BELLA PetaWatt激光器，以实现高质量的10 GeV光束和多个模块的分段，以及注入和光束质量的控制。通往高能物理应用的道路可能涉及数百个这样的阶段，包括束流传输、调节和聚焦。目前的研究重点是解决未来对撞机详细概念设计所需的物理和研发挑战。在这里，用于模拟这些加速器和他们的资源需求的工具进行了总结，无论是目前的工作，并支持R&D解决问题的对撞机概念。
Simulation Study of Laser Plasma Accelerator Via Vorpal
本文利用PIC程序Vorpal对激光等离子体加速器分别在线性、准线性和非线性三种工作状态下进行了广泛的数值模拟。利用Vorpal模拟方法设计了能量约为100 MeV的激光等离子体加速器（LPA）。最后，我们讨论了所设计的LPA在紧凑型光源领域的应用。
High average gradient in a laser-gated multistage plasma wakefield accelerator
由粒子束驱动的等离子体尾场加速器能够提供比目前使用的射频技术高几个数量级的加速梯度，这可以减少粒子加速器的长度，这对未来TeV能量的对撞机的发展和X射线自由电子激光的最小化产生了巨大的影响。由于等离子体间的成分和距离是加速器总长度的最大贡献者之一，分级等离子体加速器的设计是最重要的悬而未决的问题之一，以使这项技术的工具。在这里，我们提出了一个新的概念，以优化等离子体间的距离在一个阶段的光束驱动的等离子体加速器的驱动光束耦合在时域和门控加速器通过飞秒电离激光。
CAS - CERN Accelerator School: Plasma Wake Acceleration
这些会议记录是感兴趣的工作人员和学生在加速器实验室，大学部门和公司的工作或有兴趣在新的加速技术领域。在等离子体和激光物理学的介绍性讲座之后，本课程涵盖了等离子体尾流加速器和等离子体束系统的不同组件。包括专题研讨会和关于替代新技术的概述，如电介质加速器。讲座的实验研究和他们的最新成果，诊断工具和最先进的尾流加速设施，目前和计划，补充理论部分。
Emittance Growth in a Plasma Wakefield Accelerator
研究了见证光束与周围等离子体粒子和尾场的相互作用。讨论了弹性散射过程对束流发射度的影响以及在等离子体尾场聚焦和加速作用下束流发射度的演化。本文给出了GEANT4的仿真结果。
Assessing Risk in Costing High-energy Accelerators: from Existing Projects to the Future Linear Collider
高能加速器是由公共资金资助的大型项目，多年来开发，并通过先进技术和土木工程和基础设施等更传统领域的主要工业合同建造，它们通常构成一次性市场。因此，评估其费用以及与评估有关的风险和不确定性是项目编制的一个重要部分，也是供资机构的一项合理要求。基于欧洲核子研究中心（CERN）、LEP和LHC的大型圆形对撞机，以及费米实验室的主注入器、Tevatron对撞机实验和加速器升级以及NOvA实验的经验，通过ILC和CLIC两种技术途径，讨论了成本差异的来源，并推导出适用于未来直线对撞机的成本风险评估方法。我们还处理因法规、程序和实践的区域差异而造成的成本风险评估差异。
New Challenges in Plasma Accelerators: Final Focusing for Wakefield Colliders
本文探讨了等离子体加速器在高能碰撞中最终聚焦系统面临的挑战，并提出了首个10 TeV线性波荡机碰撞器的最终聚焦系统设计及性能评估。
Considerations for a TeV Collider Based On Dielectric Laser Accelerators
由红外激光器驱动的电介质微结构中的粒子加速，或“电介质激光加速”（DLA），是先进加速器研究的一个有前途的领域，有可能为能源前沿科学和各种其他应用提供更经济实惠和更高梯度的加速器。DLA利用成熟的工业制造能力和台式激光器的商业可用性来降低成本，轴向加速场在GV/m范围内。通过以非常低的每束电荷但以极高的重复率操作，将获得期望的亮度。由于其独特的操作参数制度，耦合的激光到加速器可以潜在的50\%的范围内，并与低beamstrahlung能量损失，由于在相互作用点，使DLA一个有前途的方法，为未来的多TeV直线对撞机。
Positron sources: from conventional to advanced accelerator concepts-based colliders
正电子源是未来和当前轻子对撞机计划的关键元件，如ILC，CLIC，SuperKEKB，FCC-ee，Muon Collider/LEMMA等，引入了对高强度和低发射率光束的具有挑战性的关键要求，以便实现高亮度。事实上，由于它们的大生产发射度和目标热负荷的限制，主要的对撞机参数，如峰值和平均电流，发射度，阻尼时间，重复频率，因此亮度是由正电子束特性决定的。在本文中，传统的正电子源和它们的主要属性进行了探讨，以提供一个指示的挑战，适用于先进的加速器概念的设计。光子驱动的正电子源作为新的方法提出，主要是为未来的直线对撞机，描述突出其多样性和存在的问题。
Plasma Wake Accelerators: Introduction and Historical Overview
由于粒子加速器的使用，关于物质和能量本质的基本问题已经找到了答案。社会应用，如癌症治疗或癌症成像，说明了加速器在我们当前生活中的影响。今天，加速器使用金属腔，其维持的电场值限于约100 MV/m。由于其支持极端加速梯度的能力，等离子体介质最近被提议用于未来的腔状加速结构。这一贡献突出了由激光或粒子束驱动的等离子体加速器的巨大发展，这些加速器允许产生具有一定程度的可调谐性和一组参数的高质量粒子束，这些参数使它们非常适合于许多应用。
Layout considerations for a future electron plasma research accelerator facility EuPRAXIA
地平线2020项目EuPRAXIA（欧洲等离子体研究加速器，应用卓越）正在准备一个高度紧凑和具有成本效益的欧洲设施的概念设计，该设施使用等离子体作为加速介质，具有多GeV电子束。该设计包括两个用户区域：一个用于自由电子激光科学，另一个用于高能物理（HEP）探测器开发和其他试点应用。加速器设施将基于激光和/或束驱动等离子体加速方法。这一贡献介绍了未来的等离子体加速器设施的布局考虑的背景下EuPRAXIA。它比较了传统的和新型的等离子体加速器设施的要求，并提出了潜在的布局，为未来的网站。结合性能分析、成本效益和单个配置的目标用户案例，此类布局研究将在以后对潜在配置进行排名。根据这些信息，将为EuPRAXIA设施的2019年概念设计报告定义最佳技术组合。
Sustainability Considerations for Accelerator and Collider Facilities
由于下一代基于大型加速器的设施正在Snowmass 2021研究中考虑，因此必须高度重视环境可持续性，包括能源消耗，自然资源使用和废水的环境影响。通常，所提议的新设施的性能提高--更高的束能量和强度--伴随着电功率消耗的增加。在下文中，我们将讨论基于加速器的研究基础设施可持续发展的最重要领域，分为三类-技术，概念和一般方面。为了实现在降低能耗的情况下提高性能的目标，需要有重点的研发工作，其优先级与传统的性能相关研发相同甚至更高。这一建议被纳入最近的欧洲粒子物理加速器研发路线图战略。
Radiation safety challenges in plasma accelerators
等离子体加速器在提高重复频率、粒子能量和平均束流功率后，其辐射安全问题主要源于高峰值电荷和分布束损，需专门设计屏蔽和束流消耗方案。
Case Studies on Plasma Wakefield Accelerator Design
基于等离子体的粒子加速器领域在过去十年中取得了巨大的进步，活动数量也显著增加。在这一过程中，参与的科学界已从传统的大学研究扩大到包括世界各地的许多大型研究实验室，如BNL，CERN，DESY，KEK，LBNL和SLAC。因此，在加速器、激光和等离子体物理的交叉点上，强烈需要加强教育工作。欧洲核子研究中心等离子体尾流加速加速器学校已经组织作为这一发展的结果。在本文中，我们描述了这个为期一周的学校，其中包括三个案例研究，以解决在11个工作组的参与者的欧洲核子研究中心加速器学校的互动组件。
Driver-delay chicanes for a multistage plasma-based accelerator facility
SPARTA项目提出了一种多阶段等离子体加速器设施的驱动延迟方案，实现2纳秒延迟并保持束参数周期性。
Intrinsic Stabilization of the Drive Beam in Plasma Wakefield Accelerators
驱动束流的软管不稳定性是影响等离子体尾场加速器稳定运行的主要问题。在这项工作中，我们表明，驱动光束的横向尺寸相当于等离子体吹出半径产生一个尾流与沿光束的变化聚焦，这导致了快速失谐的切片感应加速器振荡和抑制的不稳定性。这种固有的稳定原理提供了一种适用且有效的方法，用于抑制驱动梁的振荡，并允许稳定的加速过程。
Revealing Laser and Electron Beam Evolution in 10-GeV-class Laser-Plasma Accelerators
通过结合纵向分辨的电子束诊断与激光谱演变测量，研究10 GeV级LPA中等离子体密度分布，验证模拟显示延长加速器长度可将电子束能量提升至15 GeV，甚至通过线性匹配实现20 GeV电子束。
Feasibility of OTR Imaging For Laser-Driven Plasma Accelerator Electron-Beam Diagnostics
我们报告的初步考虑使用线偏振光学跃迁辐射（OTR）的激光等离子体加速器（LPAs），如在德克萨斯大学奥斯汀分校的电子束的特征。这两个LPA在100 MeV和2-GeV下工作，目前估计归一化发射度为~ 1 mm mrad，束流发散度小于1/γ，束流尺寸在微米级确定。分析建模结果表明，使用这些OTR技术的LPA应用的可行性。
Crystal Ball: On the Future High Energy Colliders
高能粒子对撞机已经在粒子物理学的前沿超过三十年。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。已经提出了一些下一代对撞机设施，目前正在考虑为基于加速器的高能物理学的中期和长远发展建造这些设施。在本文中，我们提供了一个统一的方法来评估各种加速器的基础上，他们的能量范围，性能范围和成本范围的可行性。我们简要地回顾了LHC之后的选择，如日本（ILC）或欧洲核子研究中心（CLIC）的线性e+e对撞机，μ子对撞机，以及中国（CepC/SppC）和欧洲（FCC）的圆形轻子或强子对撞机。最后，我们展望了基于等离子体和晶体的终极能量到达加速器，以及基于加速器的粒子物理学的未来前景。
GeV-scale accelerators driven by plasma-modulated pulses from kilohertz lasers
我们描述了一种新的方法，驱动GeV级等离子体加速器与长激光脉冲。我们发现，一个长的，高能量的驱动激光脉冲的时间相位可以调制周期性的共同传播它与低振幅的等离子体波驱动的短，低能量的种子脉冲。通过色散光学器件对调制驱动器的压缩产生适于共振地驱动等离子体加速器的短脉冲的训练。调制的驱动程序发生通过良好控制的线性过程，证实了粒子在细胞（PIC）模拟和分析模型之间的良好协议。PIC模拟表明，一个1.7 J，1 ps的驱动器和一个140 mJ，40 fs的种子脉冲可以加速电子的能量为0.65 GeV的等离子体通道与轴向密度为2.5 × 10 $^{17}$ cm $^{-3}$。这项工作开辟了一条由薄盘激光器驱动的高重复率，GeV级等离子体加速器的路线，它可以提供焦耳级，皮秒持续时间的激光脉冲，重复率为几千赫兹，壁插效率高。
Interferometry for full temporal reconstruction of laser-plasma accelerator-based seeded free electron lasers
激光等离子体加速器（LPA）的发展为自由电子激光的应用提供了广阔的前景。这些LPA光束的固有性质的处理已经允许基于LPA的自发波荡器辐射的受控产生。进一步，我们在这里揭示，即将到来的基于LPA的种子自由电子激光将呈现奇异的空间光谱分布。依靠数值模拟和简单的分析模型，我们展示了如何利用这些干涉图案来检索，在单发，光谱时间的内容和源点的自由电子激光脉冲的属性。
U.S. National Accelerator R\&D Program on Future Colliders
未来的对撞机是粒子物理学战略愿景的重要组成部分。国际上正在进行几种令人兴奋的未来对撞机方案的概念研究和技术开发。为了实现未来的对撞机，需要一个协调一致的加速器R\&D计划。美国高能物理加速器的研究与发展计划目前还没有在对撞机领域的直接研究。这一缺陷极大地损害了美国在加速器和粒子物理学领域的领导地位。在这份白皮书中，我们提出了一个新的国家加速器R\&D计划的未来对撞机，并概述了这样一个计划的重要特点。
1D Longitudinal Beam Dynamics of Laser Plasma Wakefield Accelerator
本文给出了激光驱动下等离子体静电尾流的一维近似解析解，得到了经高阶非线性项修正后的尾流振荡频率，发现尾流振荡频率依赖于尾流和激光的振荡振幅，这是一种普遍的非线性现象。最后分析了静电尾流中的纵向束流动力学，发现高阶项并没有改变纵向相空间的拓扑结构。
Beam-Beam Interaction in a Dielectric Laser Accelerator Electron-Positron Collider
通过数值计算研究了在1 TeV的介质激光加速器（DLA）对撞机中光学间隔电子/正电子微聚束的对向传播序列的碰撞。在经典极限下，推导了任意束团数的时间相关的包络方程，其中包括辐射反作用力（RRF）。示例参数检查的基础上，考虑到最佳效率，材料损伤限制，和功率约束的聚束电荷的约束光度关系。我们发现，对于初始相同的反向传播高斯聚束列车的周期性的时间结构导致亮度与聚束的数量的峰值。对于较长的聚束串，增强则与聚束的数量成反比地减小。相应的能量损失分数为1.75%，当考虑横向力的非线性径向依赖性时，能量损失分数减小到0.35%，平均束流辐射参数为0.075，考虑到束流辐射损失是未来TeV对撞机的关键问题，这是一个重要的结果。
Recovery of hydrogen plasma at the sub-nanosecond timescale in a plasma-wakefield accelerator
本研究通过泵浦-探测实验首次证明氢等离子体在亚纳秒尺度（<0.7 ns）内可恢复，为下一代高重复频率紧凑型等离子体尾场加速器的发展迈出关键一步。
Bright 5 - 85 MeV Compton gamma-ray pulses from GeV laser-plasma accelerator and plasma mirror
我们在GeV激光等离子体电子加速器出口处插入一个$100 μ$ m厚的玻璃板$\sim3$ cm，将其转换为紧凑的飞秒脉冲$γ$射线源。这种玻璃等离子体镜具有近乎统一的可靠性，并且只需要粗略的对准，（光子能量$\hbarω_L = 1.17$ eV），$>50\%$效率返回到拖尾电子上（峰值洛伦兹因子$1000 < γ_e < 4400$），产生产生具有亚毫拉德发散的$\sim10^8 γ$射线光子的光学波荡器，估计的峰值亮度$\sim10^{21}$光子/s/mm $^2$ /mrad $^2$ / $0.1\%$带宽和可忽略的韧致辐射背景。$γ$射线的光子能量$E_γ= 4γ_e^2 \hbarω_L$，从每次发射测得的$γ_e$推断，峰值从5到85 MeV，跨越了一个范围，否则只能从大型GeV直线加速器的高强度$γ$射线源获得可比的亮度。
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。
Potential and Issues for Future Accelerators and Ultimate Colliders
粒子对撞机是粒子和核物理学中非常成功的工具。目前存在的加速器的未来趋势和局限性是什么，是否有可能的替代方法？终极对撞机会是什么样子？本演讲探讨了一些挑战和可能的解决方案。加速单个粒子而不是热分布可以允许在没有背景的情况下探索更受控的相互作用。此外，在可预见的未来，成本驱动因素可能是大型加速器最重要的限制因素，因此强调了降低成本的新兴技术。
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。
On "Efficiency versus Instability in plasma accelerators"
最近Lebedev等人的一篇论文指出，在等离子体尾场加速器中，由于见证聚束的BBU不稳定性，从驱动聚束到见证聚束的能量转移效率是有限的。有人指出，效率与不稳定性之间的关系是普遍的，因此应被视为一个基本限度。在本文中，我们表明，最近的结果表明，这种关系应该修改和Lebedev等人的论文的结论应该重新考虑的短程尾流场。特别是，我们认为，效率的不稳定性关系只产生效率的下限，因此不产生一个根本的限制。
Achromatic optics using nonlinear plasma lenses for beam-quality preservation between plasma-accelerator stages
本文提出一种紧凑的非色差晶格，利用非线性等离子体透镜在等离子体加速器阶段之间保持束质量，通过分析和数值模拟比较了该方案与传统方案的性能和限制。
Analytical model for the uncorrelated emittance evolution of externally injected beams in plasma-based accelerators
本文介绍了一种计算外注入等离子体尾场加速器束流矩和横向发射度的解析方法。然后将这种形式主义应用于两种复杂性不断增加的情况-没有能量增益的单个光束切片和具有能量增益的单个光束切片，两者都在驱动器后面的固定共同移动位置处传播。所得到的结果进行比较，粒子在细胞（PIC）模拟以及使用半解析数值方法（SANA）得到的结果。我们发现，从分析模型和SANA和PIC的结果之间非常吻合。
Intrinsic energy spread and bunch length growth in plasma-based accelerators due to betatron motion
基于等离子体的加速器已经证明可以在厘米尺度上产生GeV电子束，为新一代高度紧凑和具有成本效益的粒子加速器提供了一条道路。然而，实现所需的光束质量，特别是对于诸如自由电子激光的应用的能量扩展，仍然是一个挑战。在这里，我们调查的基本来源的能量扩散和聚束长度的PBAs所产生的电子感应加速器运动的束电子。我们提出了一个分析理论，验证粒子在细胞模拟，准确地描述了这些现象。对光束质量的显着影响，预测某些配置，解释以前观察到的限制，可实现的聚束长度和能量扩散。减轻这些贡献对高质量的光束的准则推导。
A final focus system for injection into a laser plasma accelerator at the ARES linac
ARES（加速器研究实验在SINBAD）是一个直线加速器在SINBAD（短创新束和加速器在DESY）设施在DESY。ARES的设计是将传统的基于RF的加速器技术的可再生光束与新颖但仍处于实验阶段的加速技术相结合。它的目标是在100-150 MeV的光束能量下产生亚fs到几fs范围内的高亮度超短电子束团，适合注入到新型加速实验中，如介质激光加速（DLA）和激光驱动等离子体加速（LPA）。本文报道了用于注入ARES LPA实验的最终聚焦系统的概念设计和模拟，包括永磁四极杆（PMQ）、足够的共线激光和电子输运纵向空间、所需诊断空间和LPA装置。空间电荷效应起着重要的作用，并包括在内。对ARES电子聚束在激光驱动等离子体中的聚焦和输运进行了模拟。几个错误的影响进行了模拟，并报告。
Longitudinally resolved measurement of energy-transfer efficiency in a plasma-wakefield accelerator
本文提出利用等离子体与束流相互作用后产生的多余光来非侵入性地测量加速器中局部能量转移效率，最高可达58±3%。
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。
Interferometric optical signature of electron microbunching in laser-driven plasma accelerators
我们报告的相干光跃迁辐射干涉（COTRI）模式产生的微聚束~200 MeV的电子，因为他们从激光等离子体加速器出现的观察。通过与分析COTRI模型的比较推导出的电子的微聚束部分的发散度比~3 mrad的系综束发散度小~ 6倍，而从相同拍摄的COTR图像获得的微聚束束的半径< 3微米。综合结果表明，微聚束分布具有估计的横向归一化发射度~0.5 mm mrad。
Laser-Plasma Accelerator Beams in Light Sources: Femtosecond High-Brightness Radiation through Chirped Pulse Injection
该研究提出啁啾脉冲注入方案，将激光等离子体电子束注入PETRA IV等硬X射线同步光源，可提供千安级短脉冲并产生飞秒相干辐射，为光源领域提供新方案。
Electron Lenses, Tevatron and Selected Topics in Accelerators: 2019 Nishikawa Prize Talk
这篇文章是在IPAC 19（澳大利亚墨尔本，2019年5月）接受ACFA/IPAC 19西川哲二奖之际发表的演讲的扩展版本，该奖项是为了表彰他对加速器领域的最新，重要，原创贡献，没有年龄限制，引用“......在同步加速器对撞机电子透镜方面的原创性工作，对高能、高亮度强子对撞机的建造和运行的杰出贡献，以及在加速器界的不懈领导。"
Snowmass 21 Discussions on Future Accelerator HEP Facilities
美国粒子物理社区规划演习（又名：Snowmass）每7到9年举办一次，为整个粒子物理学界提供一个讨论论坛，为美国及其国际合作伙伴的粒子物理学未来发展提供科学愿景。Snowmass 21加速器前沿活动包括讨论高能强子和轻子对撞机，中微子研究和超越对撞机的物理学的高强度光束，加速器技术，科学，教育和推广以及核心加速器技术的进展，包括RF，磁铁，目标和来源。在这里，我们总结了Snowmass 21关于未来HEP加速器设施的讨论。
High-charge relativistic electron bunches from a kHz laser-plasma accelerator
我们报告了在几毫焦耳的近单周期激光脉冲在千赫重复率的共振气泡制度的电子尾场加速。使用非常紧密的激光脉冲与微尺度超音速气体射流的聚焦，我们证明了一个稳定的相对论性电子源，每脉冲高达24 pC/射击的高电荷。相应的平均电流为24 nA，使该千赫兹电子源适用于各种应用。
Recovery time of a plasma-wakefield accelerator
强粒子束与等离子体的相互作用可产生能够维持千兆伏/米电场的等离子体尾流，其数量级高于最先进的射频技术所提供的数量级。因此，等离子体尾场可以强烈地加速带电粒子，并提供机会，以达到更高的粒子能量与更小，因此更广泛的可用加速器设施。然而，高能物理学和光子科学对亮度和亮度的要求要求，要求粒子束以每秒数千甚至数百万的重复率加速，这比等离子体尾场技术高出几个数量级。在这里，我们调查的重复率的上限束驱动等离子体加速器通过测量所需的时间等离子体恢复到其初始状态后，扰动的尾场。测量的许多纳秒级的恢复时间确立了等离子体中兆赫加速率的原则上的可实现性。扰动的实验签名很好地描述了一个时间演变的抛物线离子通道的模拟，从崩溃的唤醒周围的介质中转移能量。这一结果表明，等离子体尾场模块可以开发为可行的高重复率的能量助推器在当前和未来的粒子物理和光子科学设施。
A Plasma Model for RF Breakdown in Accelerator Structures
提出了一个等离子体模型，用于在强直流电场存在下，在铜表面上的场发射位点附近形成"阴极斑点“和随后的弹坑发展。添加到以前发表的模型，我们建议，双流等离子体不稳定性与等离子体密度的尺寸。参数表明，这种等离子体斑点的形成和动力学基本上是相同的现象，直流和射频场。加速结构的结果是，当存在这样的等离子体斑点时，它们以每库仑离子轰击电流约300微克的速率侵蚀铜表面。在高梯度下处理几百小时后，这种侵蚀速率可以对加速结构的射频特性产生可测量的影响。
Development of an achromatic spectrometer for a laser-wakefield-accelerator experiment
本文提出了一种色散谱仪的设计，用于诊断和优化等离子体相互作用，通过非线性等离子体透镜实现高发散和能量分散电子束的高分辨率分析。
A muon source based on plasma accelerators
介绍了一个基于等离子体的电子-γ对撞机的GeV级μ子紧凑源的概念设计。的μ介子通量，光谱和亮度的评价，进行了特设蒙特卡罗模拟的电子-伽马碰撞。这些分析的背景下，一个大的传播的不变质量的电子-伽马相互作用，由于等离子体自注入GeV电子束的典型特征，携带大束团电荷与巨大的能量扩散。一个紧凑的点状μ子源的可用性，可在纳秒级，μ子射线照相应用领域可能会打开一个全新的场景。
eRHIC - Accelerator and detector design studies
布鲁克海文国家实验室正在考虑建立一个电子-质子/离子对撞机设施。将提供加速器和探测器设计概念的概述。
Accelerators for Rare Processes and Physics Beyond Colliders: Report of the AF5 Topical Group to Snowmass 2021
这份报告总结了AF 5专题小组对Snowmass 2021的研究结果，该小组研究了对撞机之外罕见过程和物理学的加速器。该报告主要关注暗区搜索的机会以及PIP-II及以后费米实验室实验计划协调发展的必要性。此外，一些其他的物理机会编目和协同R & D机会与技术发展的各个领域进行了讨论的建议。
Plasma Injection Schemes for Laser-Plasma Accelerators
在激光等离子体加速器中，等离子体注入方案是产生高质量电子束的关键。本文介绍了等离子体注入的一般概念。首先，介绍了等离子体波中粒子捕获和加速的哈密顿模型，在此哈密顿模型的框架下描述了电离注入和碰撞脉冲注入。然后，我们继续考虑注入等离子体密度梯度。
Report of the ICFA Beam Dynamics Workshop 'Accelerators for a Higgs Factory: Linear vs. Circular' (HF2012)
本文是ICFA束流动力学研讨会“希格斯工厂加速器：线性与圆形”（HF 2012）的总结报告。它讨论了四种类型的加速器作为希格斯工厂的可能候选者：线性e+e对撞机，圆形e+e对撞机，μ子对撞机和光子对撞机。比较包括：物理范围、性能（能量和亮度）、升级潜力、技术成熟度和准备程度以及需要进一步研发的技术挑战。
Introduction to Particle Accelerators and their Limitations
本文概述了粒子加速器的原理及其历史发展。在介绍了基本概念之后，主要重点是概述现代储存环的布局，并讨论它们在能量和机器性能方面的局限性。现有机器的例子，其中包括欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC），展示了粒子对撞机的基本原理以及我们在设计和操作粒子对撞机时面临的技术和物理限制。对更高能量束的推动推动了未来对撞机的设计以及更有效加速技术的发展。
Radiation Reaction in the Plasma-Based High-Energy Accelerators
在过去的几十年里，由于高功率激光器的进步以及高能粒子束和相对论粒子束的可用性，基于等离子体的加速器取得了巨大的进展。然而，在等离子体尾场中加速的电子（或正电子）受到辐射损失，这通常抑制了束的最终能量增益。本文用试验粒子方法研究了高能等离子体加速器中的辐射反应。详细研究了基于多级激光驱动等离子体尾场加速器和单级质子驱动等离子体尾场加速器的TeV对撞机。结果表明，离轴注入的见证光具有较高的轴向和横向场梯度，对加速粒子的阻尼力较大。质子驱动的等离子体尾场加速电子相比，在多级激光驱动的等离子体尾场加速器中加速的电子损失更少的能量。
Self-correcting longitudinal phase space in a multistage plasma accelerator
由强激光或粒子束驱动的等离子体加速器提供了千兆伏/米的加速场，有望大幅缩小粒子加速器，用于高能物理和光子科学。线性对撞机和自由电子激光（FEL）等应用需要高能量和能量效率，但也需要高稳定性和光束质量。后者包括低能量扩散，这可以通过使用纵向形状的聚束对等离子体尾场进行精确的束加载来实现，从而产生有效和均匀的加速。然而，等离子体波长将非常大的加速场区域的尺度设置为100 μm或更小，要求聚束以极高的时间精度同步和成形，通常在飞秒尺度上。这里，引入了自校正机制，大大降低了对抖动的敏感性。使用多个加速级，每个加速级之间都有一个小的聚束压缩，几乎任何初始聚束，无论电流分布或注入相位如何，都将自校正为使尾流场变小的电流分布，从而抑制相对能量扩展和任何能量偏移。因此，分级不仅可以用于达到高能量，而且还可以产生各种应用所需的精致光束质量和稳定性。
Feasibility study for the hard x-ray free electron laser based on synergistic use of conventional and plasma accelerator technologies
探讨了用常规射频加速器作为等离子体驱动尾场加速器的注入器的可能性。传统的加速器提供具有低发射度和低能量扩散的高质量光束。一旦注入到等离子体尾流中，发射度可以在适当的束匹配时被保持，而能量扩散可能不会由于由常规加速器递送的长束持续时间而导致。估算了整个加速器系统和基于该加速器的自由电子激光的参数。
Noninvasive cavity-based charge diagnostic for plasma accelerators
本文提出了一种非侵入式腔体基于的电荷诊断方法，用于测量等离子体加速器中的电子束电荷，展示了其高灵敏度和抗电磁脉冲能力。
When will we know a muon collider is feasible? Status and directions of muon accelerator R&D
在过去十年中，在开发产生、捕获、加速和碰撞高强度μ子束所需的概念和技术方面取得了重大进展。目前，高亮度多TeV μ子对撞机为下一代轻子-轻子对撞机提供了一个可行的选择，这被认为是在LHC发现之后充分探索高能物理所必需的。本文简要回顾了加速器研究与发展的现状，讨论了μ子对撞机的可行性问题，需要做些什么来证明它，并提出了该项目的预计时间轴。
Characteristics of electromagnetic radiation and the interference protection on a small-sized direct-acting electron accelerator with a plasma opening switch
研究小型直接作用电子加速器的电磁辐射特性及干扰防护，提出利用宽带功率传感器确定方向图的方法，并通过消声室和反射屏抑制干扰。
Beam-driven, Plasma-based Particle Accelerators
本文简要介绍了束流驱动等离子体基粒子加速器--等离子体尾场加速器（PWFA）的一些特性。我们还提到了一些主要的成果，已经取得了自诞生的概念。我们尽可能集中精力研究高能粒子束。
Emittance preservation in a plasma-wakefield accelerator
该研究首次在等离子体尾场加速器中实现发射度保持，同时维持电荷和能散，证明其可无退化加速，为紧凑型对撞机等应用奠定基础。
A Brief Review of Plasma Wakefield Acceleration
等离子体尾场加速器承诺巨大的加速度梯度，比今天的传统射频（RF）加速器大三个数量级。这些新的加速器也显示出以几乎相同的因子减小未来加速器尺寸的潜力。本文简要介绍了等离子体尾场加速器的工作原理，并介绍了该领域的最新进展。给出了当前的挑战和潜在的未来使用的等离子体尾场加速器进行了讨论。
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