Offline Computing resources for FCC-ee and related challenges
国际未来圆形对撞机研究的目的是设计pp，e $^+$ e $^-$，e $^\pm$ p对撞机，将在日内瓦地区新建的100公里隧道中建造。电弱、希格斯和顶工厂（FCC-ee）旨在提供质量中心能量范围在90（Z极）和365 GeV（$\mathrm{t\bar{t}}$）之间的碰撞和前所未有的积分亮度，产生大量数据，这将对数据处理构成重大挑战。在本文中，我们讨论了项目不同阶段的存储和CPU需求，以及主要基于为HL-LHC开发的模型的可能解决方案。
2021-11-19 hep-ex physics.ins-det
Next generation tracking and vertexing detectors
Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Université de Strasbourg, CNRS/IN2P3（普吕迪西普里纳尔于贝尔·居里研究所，斯特拉斯堡大学，法国国家科学研究中心/国家核物理与粒子物理研究所）
本文综述未来各类对撞机顶点与径迹探测器的要求挑战，指出需优化多系统并研发耐受辐射等的新型探测器以满足需求。
2026-08-31 hep-ex
Forward tracking at the next \boldmath{$e^+e^-$} collider Part II: experimental challenges and detector design
我们提出了第二个在一系列的研究到未来的线性$ e^+ e^- $对撞机的前向跟踪系统的质心能量范围从250 GeV到3 TeV。在本说明中，一些具体的挑战进行了调查，在以前的实验中，在前向区域中的跟踪和顶点的性能下降。我们进行定量分析的跟踪性能对探测器的设计参数的依赖性，并确定几种方法来减轻性能损失的带电粒子发射在浅角。
2013-03-26 hep-ex physics.ins-det
Higgs and top physics reconstruction challenges and opportunities at FCC-ee
希格斯玻色子和顶夸克衰变成丰富多样的终态，包含轻夸克和重夸克、胶子、光子以及W和Z玻色子。本文回顾了重建Higgs和顶级事件在FCC-EE所面临的挑战，并确定了新的发展需要的领域。在FCC-ee上精确识别和重建这些最终状态依赖于探测器提供出色的味道标记、喷流能量和角分辨率以及全局运动学事件重建的能力。出色的味道标记性能需要低材料的顶点和跟踪检测器，以及在LHC实验中成功采用的先进机器学习技术。此外，Z极运行将提供可用于标记算法的校准的重味部分子的丰富样品。为了重建喷流、轻子和丢失的能量，粒子流算法对于探索高度颗粒跟踪和量热计系统的全部潜力至关重要，并且可以获得出色的能量-动量分辨率和精确识别强子衰变中的重玻色子。这使得，在许多其他的关键要素，与轻子和强子衰变的Z玻色子的Higgsstrahlung过程的重建，和顶夸克对事件的一个几乎无背景的识别。利用全部可用的运动学约束连同专用射流聚类算法将允许用运动学拟合技术优化全局事件重建。
2021-12-21 hep-ex physics.ins-det
Heavy-quark opportunities and challenges at FCC-ee
在FCC-ee预期的$5 \times 10^{12}$ $Z^0$衰变中，美丽和魅力强子的大量产生为味道物理学提供了杰出的机会，通常超过了Belle II的可用机会，并补充了LHC的重味道计划。在重味光谱学、重味粒子的罕见衰变和$C\!P$违反研究中，广泛的测量将是可能的，这将受益于低背景实验环境、高洛伦兹提升和强子种类的全谱的可用性。本文首先概述了重口味物理学中的重要问题，并评估了在FCC-ee开启时可能的理论和实验前景。充分利用FCC-ee的重口味潜力对探测器设计提出了具体的限制和挑战，在某些情况下，这些限制和挑战与该设施的其他物理目标所施加的限制和挑战相矛盾。这些要求和冲突进行了讨论。
2021-08-02 hep-ex
FCC-ee overview: new opportunities create new challenges
凭借其高亮度，清洁的实验条件以及涵盖当今已知的四种最重粒子的能量范围，FCC-ee提供了丰富的物理可能性，具有很高的发现潜力。FCC-ee是迈向100 TeV强子对撞机的重要和补充步骤，因此提供了一个独特的强大的组合物理程序。这一愿景是2020年欧洲粒子物理战略的支柱。现在的主要挑战之一是设计实验系统，可以证明，充分利用这些非凡的机会。
2021-12-06 hep-ex hep-ph
On-line computing challenges: detector and readout requirements
在FCC-ee机器的Z极的操作将提供尽可能高的瞬时光度，目标是收集最大的Z玻色子数据集（Tera-Z），并以前所未有的精度实现标准模型物理研究计划。FCC-ee实验的数据采集和触发系统必须设计得尽可能无偏和稳健，目标是将与这些数据集相关的系统不确定性控制在尽可能小的水平，以便不损害极小的统计不确定性。在设计这些实验，我们面临的问题探测器读出速度与一个非常紧张的材料和功率预算，触发系统的第一个硬件水平或专门实施的软件，背景源的事件大小的影响，最终精度的亮度监测（$10^{-5} - 10^{-4}$水平），和灵敏度广泛的非传统的异国情调的签名，如长寿命的非相对论性粒子。我们将回顾最苛刻的Tera-Z运行场景在线选择的各种挑战，以及它们对FCC-ee探测器设计的限制。
2021-11-07 hep-ex physics.ins-det
Characterisation of analogue MAPS fabricated in 65 nm technology for the ALICE ITS3
针对ALICE实验顶点探测器性能提升需求，研究了65 nm工艺模拟MAPS的特性，验证其满足ALICE ITS3要求，同时为FCC-ee顶点探测器应用提供了可行性支撑。
2024-09-11 hep-ex physics.ins-det
Challenges for FCC-ee Luminosity Monitor Design
对于横截面测量，需要准确了解积分光度。FCC-ee Z线形计划为$10^{-4}$设定了雄心勃勃的精度目标，即\emph{absolute}亮度测量和能量扫描点之间的\emph{relative}测量高出一个数量级。光度是由小角度巴巴散射率（$\mathrm{e^+e^- \to e^+e^-}$）决定的，其中末态电子和正电子在专用的监视器中被检测到，该监视器覆盖了出射光束方向的小角度。对光度监测器的限制是多方面的：\mbox{\emph{i}) they}被放置在主探测器体积内，距离相互作用点仅约1米; \mbox{\emph{ii})}，它们以出射光束线为中心，不满足正常的轴向探测器对称性; \mbox{\emph{iii})}，它们的覆盖范围一方面受到光束管的限制，另一方面受到远离主探测器验收的要求的限制; Bhabha散射过程的陡峭角度依赖性对约1 μ \textmugreek rad的接受极限施加几何精度，对应于$\mathcal{O}(1\,\text{\textmugreek m})$的几何精度;以及\mbox{\emph{v})}，在Z极操作期间50 μ MHz的非常高的聚束交叉率要求快速读出电子器件。%某些约束可能难以同时满足。作为示例，高读出速率可能导致热耗散水平升高，使得难以保持所需的几何稳定性。受第二代LEP光度监测器的启发，提出了一种基于钨硅夹层的超紧凑解…
2021-07-27 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
The \texttau{} challenge at FCC-ee
在FCC-ee，将产生约$1.7 \times 10^{11}$ \mbox{Z $\to$ \texttau$^+$\texttau$^-$}事件。在干净的e $^+$ e $^-$环境中的这种高统计数据为改进对\texttau -轻子性质的测定以及通过测量\texttau极化、电子和$τ$的中性电流耦合提供了可能性。对\texttau -轻子性质--寿命、轻子分支分数和质量--的改进测量允许对轻子普适性进行重要的测试。实验的挑战是尽可能匹配一般在$10^{-5}$水平的统计不确定性。这尤其适用于寿命测量，其源自\mbox{2.2-mm} \texttau \平均飞行距离，以及分支分数和偏振测量，其中交叉通道污染是特别关注的。这些问题提出了严格的检测器要求，特别是对顶点检测器的构造和对准的准确性，以及对准直\texttau \衰变拓扑中的光子和\textpi $^0$的精确量热分离和测量的准确性。
2021-07-27 hep-ex hep-ph
The Design, Construction, Operation and Performance of the Belle II Silicon Vertex Detector
Belle II的硅顶点探测器是一种基于双面硅条传感器的最先进的跟踪和顶点系统，由2012- 2018年期间的大型国际合作设计和制造。自2019年以来，它一直在运行，提供高质量的数据，具有少量的缺陷通道（<1%），高命中率（>99%），良好的信噪比（所有传感器配置和轨道都超过10）。再加上对对准的良好控制，这些都是实现良好跟踪重建和物理性能的必要因素。在这篇扩展的论文中，我们试图记录SVD挑战和成就的各个方面，为更广泛的社区提供信息，并帮助开发高质量的探测器系统，这是进行物理研究的基本工具。
2022-12-03 hep-ex physics.ins-det
Key4hep, a framework for future HEP experiments and its use in FCC
FCC可行性研究报告的路线图将提交给欧洲粒子物理战略的下一次更新，将需要详细的模拟和先进的重建算法，以探索和最大限度地提高拟议探测器解决方案的物理范围。优化过程将需要在改变探测器几何形状、材料和敏感区域方面具有最大的灵活性，并需要有效的工具来量化整体性能。为了使这些发展取得协同增效，CEPC、CLIC、FCC、ILC和SCT界已开始启用“交钥匙软件栈”（Key4hep），该软件栈将为今后的实验提供从模拟到分析的所有必要成分。这种方法是基于线性对撞机项目ILC和CLIC的积极经验，它们在过去十年中开发并使用了一个通用软件栈（iLCSoft）。Key4hep的目标是涵盖大多数（如果不是全部的话）未来的线性和圆形机器碰撞轻子（电子，μ子）和强子。共同的软件生态系统将有助于编写实验的特定组件，确保一致性并最大限度地重复使用已建立的解决方案。具体项目的软件框架将需要调整，以充分利用共同软件库。在这篇文章中，我们提出了围绕Key4hep重新构建FCC软件框架FCCSW的现状和计划，并讨论了与过渡相关的挑战。
2021-11-18 hep-ex
Considerations for an Integrated Detector Design at FCC-ee: A Human-AI Exploration
SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
通过物理学家与AI助手的对话，探讨FCC-ee探测器设计，从初始概念到修正方案，展示人机协作在实验物理设计中的潜力与局限。
2026-05-25 cs.AI hep-ex physics.ins-det
A special Higgs challenge: Measuring the mass and production cross section with ultimate precision at FCC-ee
FCC-ee提供了强大的机会来确定希格斯玻色子参数，利用超过$10^6$ ${\rm e^+e^- \to ZH}$事件和几乎$10^5$ ${\rm WW \to H}$事件在质心能量约240和365 GeV。本文重点介绍了ZH产生截面和希格斯玻色子质量的重要测量。总ZH截面的测量是绝对确定HZZ耦合的重要输入-一个“标准烛光”，可以用于所有其他测量，包括在强子对撞机上进行的测量-在每密耳水平上。在两个不同的质心能量下测量的截面的组合进一步提供了三线性希格斯自耦合的第一个证据，如果截面测量足够精确，可能是它的第一个观察结果。希格斯玻色子质量的测定精度明显优于希格斯玻色子宽度（标准模型中为4.1 MeV），这是通过直接产生$\sqrt{s} = 125$ GeV的${\rm e^+e^- \to H}$来约束或测量电子汤川耦合的先决条件。在ZH截面和Higgs玻色子质量上分别接近0.1%和$\mathcal{O}(1)$ MeV的统计极限，对加速器操作提出了很高的要求（ZH阈值扫描，质心能量测量），探测器设计（轻子动量分辨率、强子末态重构性能）、理论计算和分析技术（利用现代工具进行效率和纯度优化、约束运动学配合、控制系统不确定性）。这些挑战在本文中依次进行了研究。
2021-12-06 hep-ex hep-ph
The W mass and width measurement challenge at FCC-ee
FCC-ee物理计划将提供两个互补的顶级精度测定W玻色子质量和宽度。第一个和主要的测量依赖于W-对生产截面在其运动学阈值附近的快速上升。这种方法非常简单和干净，只涉及在所有不同的衰变通道中选择和计数事件。在157和163 GeV之间的能量点上共享的总积分亮度光度为$12\,{\rm ab}^{-1}$的最佳阈值扫描策略将提供0.5 MeV的W质量和1.2 MeV的W宽度的统计不确定性。对于这些测量，将系统不确定性的影响保持在统计精度以下的目标将是苛刻的，但却是可行的。第二种方法利用W-对最终状态重建和运动学拟合，利用事件的四个喷流或两个喷流，一个轻子和丢失的能量。第二种方法的预测统计精度与第一种方法相似，W质量（宽度）的不确定性为$\sim 0.5$（$1$）MeV，采用在生产阈值和240-365 GeV收集的W对数据。对于运动学重建方法，系统不确定性的最终影响目前还不太清楚，特别是与W强子衰变建模有关的不确定性。Z $γ$和ZZ事件的使用和相互作用，重建和拟合与WW事件相同的技术，将是重要的提取W质量测量数据在更高的240和365 GeV的能量。
2021-10-05 hep-ex hep-ph
Hunt for rare processes and long-lived particles at FCC-ee
在这篇文章中，我们讨论的可能性和相关的挑战，超越标准模型搜索在FCC-ee，如罕见的重味粒子和长寿命粒子的衰变。标准模型包含了几种抑制机制，它们导致给定的一组过程很少发生，从而导致罕见的衰变。对这些衰变的兴趣在于，标准模型之外的物理学不需要受到相同的抑制机制的影响，因此可以自然地在这些衰变中表现出来。他们的兴趣是加强了最近的几个测量报告的$b$味罕见的衰变，显示偏差相对于标准模型的预测。我们将展示FCC-ee项目如何具有解决这些科学问题的独特能力，并将考虑相关的探测器设计挑战。讨论的另一组过程是产生寿命相对较长的新粒子的过程，这些粒子在衰变之前在探测器内行进了相当长的距离。包含长寿命粒子的模型可以回答标准模型的许多悬而未决的问题，例如暗物质的性质或中微子质量等;同时为主流搜索提供有趣的实验补充。长寿命的粒子通常会显示出独特的实验特征，例如位移的轨道和顶点，消失的轨道，或带电的喷流。因此，它们受到非常低的背景水平的影响，但作为交换，它们通常需要专用的重建算法和触发器。
2021-06-29 hep-ex hep-ph
Tagging ultra-boosted jets at FCC-hh using machine learning techniques
针对FCC-hh极高横动量下超增强喷注识别的实验挑战，采用XGBoost和CNN方法区分信号喷注与QCD背景，验证了其在未来FCC-hh新物理寻找中的应用潜力。
2025-11-15 hep-ex hep-ph
FCC-hh Experimental Insertion Region Design
未来圆形对撞机研究正在探索后LHC时代圆形对撞机的可能设计，这是欧洲高能物理战略小组的建议。一个这样的选择是FCC-hh，一个质心能量为100 TeV的质子-质子对撞机。实验插入区是决定对撞机性能的关键区域。本文介绍了第一个插入区设计的主要挑战，如碰撞碎片的两个数量级以上的功率比目前的对撞机，在长插入光束-光束的相互作用，动态孔径的光学峰值$β$功能的一个数量级以上的当前对撞机，光子背景的同步辐射和插入区之间的串扰的完整评估。还提出了一种避免使用对性能影响较小的蟹腔的替代设计。
2020-07-23 hep-ex physics.acc-ph
Theory for the FCC-ee : Report on the 11th FCC-ee Workshop
欧洲核子研究中心的未来圆形对撞机（FCC）是一个拟议中的100公里长的圆形设施，有几个连续的对撞机，最终有一个100 TeV的质子-质子对撞机。它为粒子物理学的探索提供了一个广阔的新领域，在精度、灵敏度和能量方面都有了数量级的进步。执行计划设想，作为第一步，将建立一个电弱工厂正负电子对撞机。这个高光度的设备，在90至365 GeV的质心能量之间运行，将以前所未有的精度研究标准模型、Z、W、希格斯和top的重粒子。电弱工厂$e^+e^-$对撞机对理论和精确计算构成了真正的挑战，引发了对新的数学方法和软件工具的开发的需要。2018年的第一次研讨会集中在第一个FCC-ee阶段Tera-Z，并将Z玻色子共振的精确标准模型计算的理论状态与实验要求进行了比较。本文报道的2019年1月的第二次研讨会将范围扩展到下一阶段，生产了W玻色子（FCC-ee-W），希格斯玻色子（FCC-ee-H）和顶夸克（FCC-ee-tt）。特别是，在确定的关键输入参数，α_QED，α_QCD，M_W，m_t在FCC-ee的要求水平的理论精度进行了彻底的讨论。为了满足FCC-ee实验势能面的精度要求，提出了对标准模型理论计算的要求。深入讨论了多回路计算的创新方法和工具。讨论了标准模型之外的唯象分析方法，特别是有效的理论方法。2018年和2019年的报告是研讨会成果和后续发展的白皮书。
2020-05-19 hep-ex hep-ph
New Physics in $b \to s μμ$: FCC-hh or a Muon Collider?
罕见的变味中性电流跃迁$b \to s μ^+ μ^-$探测到比LHC直接可获得的能量更高的能量尺度。因此，在这种转变中存在新的物理学，正如现在的LHCb异常所表明的那样，将对未来高能对撞机的动机和规划产生重大影响。目前争论的两个最突出的选择是100 TeV的质子-质子对撞机（FCC-hh）和多TeV的μ子对撞机（MuC）。在这项工作中，我们比较发现的前景，在这些对撞机上的基准新的物理模型间接检测到的$b \to s μ^+ μ^-$衰变，但超出了高$p_T$搜索在HL-LHC。我们考虑了一组全面的方案：半轻子接触相互作用，$Z^\prime$从规范的$U(1)_{B_3 - L_μ}$和$U(1)_{L_μ- L_τ}$，标量leptoquark $S_3$，和矢量leptoquark $U_1$。我们发现，一个3 TeV的MuC的灵敏度达到一个可媲美的FCC-hh。然而，对于足够重的介质，在3 TeV MuC的新物理效应只能通过最高能量仓的偏差间接观察到，而FCC-hh具有更大的发现共振的潜力。最后，为了完全覆盖$bsμμ$异常所建议的参数空间，在所建议的未来对撞机中，只有10 TeV（或更高）的MuC才能满足挑战。
2022-10-24 hep-ex hep-ph
Simulations of Silicon Radiation Detectors for High Energy Physics Experiments
硅辐射探测器是当前和计划中的高能物理对撞机实验的一个组成部分。这些探测器的模拟对于决定操作配置、进行精确的数据分析和开发未来的探测器是必不可少的。在本白皮书中，我们简要回顾了现有的工具，并讨论了未来需要研究和开发的挑战，以便能够应对大型强子对撞机和未来强子对撞机（如FCC-hh和SPPC）的高亮度运行的可预见的极端辐射环境。
2022-12-29 hep-ex physics.ins-det
Parnassus for the CLD Detector: A Generative Machine-Learning Surrogate for Detector Simulation and Reconstruction at the FCC-ee
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
为 CLD 探测器构建 Parnassus 生成式替代模型，以条件流匹配神经网络模拟探测器模拟与重建，在 $e^+e^-$ 事件上实现高保真度，生成速度比完整模拟快数个数量级，并保留味区分能力。
2026-09-28 hep-ex hep-ph physics.data-an
The Z lineshape challenge: ppm and keV measurements
FCC-ee通过高精度测量和对禁止和罕见过程以及弱耦合粒子的搜索，为标准模型之外的物理学提供了直接或间接证据的强大机会。FCC-ee物理计划的一个关键要素是测量全部$5\times 10^{12}$ Z玻色子的Z线形和具有相对不确定度的$5\times 10^{12}$的束能量校准。利用这个异常大的事件样本，比在Z极的整个LEP1操作期间累积的事件样本大五个数量级，定义参数-$m_{\rm Z}$、$Γ_{\rm Z}$、$N_ν$、$\sin^2θ_{\rm W}^{\rm eff}$、$α_{\rm S}(m_{\rm Z}^2)$，和$α_{\rm QED}(m^2_{\rm Z})$-可以被提取，相对于当前的技术水平，其精确度高达两个数量级。系统误差与统计精度相匹配（Z质量和宽度上的4千电子伏，$\sin^2θ_{\rm W}^{\rm eff}$上的$3\times 10^{-6}$，$α_{\rm QED}$上的相对$3\times 10^{-5}$，以及$α_{\rm S}$上的小于0.0001）导致对对撞机操作、束流仪器、探测器设计、计算设备、理论计算和蒙特卡罗事件发生器的高度苛刻的要求。如此精确的测量还需要创新的分析方法，这需要理论家、实验者和加速器团队之间的共同努力和理解。
2021-07-01 hep-ex hep-ph
Precision timing at the HL-LHC with the CMS MIP Timing Detector: current progress on validation and production
INFN & Università degli Studi di Milano-Bicocca（意大利国家核物理研究所 & 米兰比可卡大学）
为应对HL-LHC高亮度下的堆叠效应，CMS实验将升级MIP时序探测器，该探测器通过高精度时序提升顶点重建能力，目前BTL生产进行中，ETL开发正在进行。
2026-03-20 hep-ex
Probing the Tau Anomalous Magnetic Moment at Colliders: From Ultra-Peripheral Collisions to the Precision Frontier
Università del Salento（萨伦托大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Lecce（意大利国家核物理研究所莱切分部）
本文综述了通过高能碰撞探测τ轻子异常磁矩的研究进展，强调了超外围重离子碰撞在高精度测量中的作用，并讨论了Belle II和未来圆环对撞机等实验设施的前景。
2026-04-21 hep-ex hep-ph
Design optimization of hadronic calorimeters for future colliders
本文提出了一种基于 FCC-ee ALLEGRO 探测器概念的强子采样 calorimeter 优化方法，通过 Geant4 模拟分析吸收层厚度对能量分布和分辨率的影响，旨在探索设计空间并开发封闭优化框架。
2025-12-12 hep-ex physics.ins-det
