未来大型环形对撞机关键加速器物理研究

The discovery of Higgs boson in 2012 is not only a milestone in particle physics, but also a road map for the development of future particle physcis. At present, research and development towards future high-energy electron-positron colliders is actively explored around the world. So, the research on the accelerator phyiscs and technology for further colliders becomes necessary, in particular for China’s entry, the Circular Electron-Positron Collider. In the application, the researches will mianly include the final- foucus system of CEPC, lattice design and instable beam dynamics issure for CEPC, critical keys of Muon collider, and positron source for CEPC. This study can not only provide the support in several key points in physics and technology of future collider and a well taining teams , but also can improve the international competitiveness of our country in this field and have more voices in the world.

2012 年，希格斯玻色子的发现，不仅成为粒子物理学研究史上的重大里程碑，也为下一步粒子物理理论与实验研究的发展指明了新的路标。目前，世界高能物理学界正积极推动未来大型对撞机的发展。为了抓住机遇，对新一代加速器物理和技术的必不可少。因此，深入开展对未来大型环形对撞机加速器的研究，尤其是对我国科学家自主提出的CEPC-SPPC关键加速器物理问题的研究，意义重大。本基金申请主要涉及到CEPC最终聚焦系统，CEPC全环lattice 设计及优化及不稳定性动力学研究，SppC物理设计研究，Muon collider 关键物理问题研究，以及正电子源物理设计研究等几个方面。本项目的开展，不仅可以为我国未来大型环形加速器的建设提供物理、技术上的相关支撑，培养相关人才队伍，还有助于提高我国在高能物理界的国际竞争力，使我国在国际项目的竞争或合作上更具有发言权。

2012年，希格斯玻色子的发现，不仅成为粒子物理学研究史上的重大里程碑，也为下一步粒子物理理论与实验研究发展指明了新的路标。国际高能物理学界一致认为，Higgs工厂是未来新物理的必经之路。本课题正是针对未来环形正负电子对撞机物理设计的关键问题开展研究。开展了CEPC全环Lattice设计及优化，研究了50km单环方案，局部双环、先进局部双环、100km双环等方案，并最终确定了以100km的双环方案作为基准方案。在此基础上，针对基准方案完成了全环的Lattice设计和优化，满足Higgs/W/Z兼容性、物理设计参数、与SPPC兼容性、光子背景、关键硬件技术等要求的磁聚焦结构的概念设计及优化，并保证了tt运行的可能性。CEPC增强器开展了CEPC增强器的非线性束流动力学研究。MDI研究开展了探测器本底、挡板和屏蔽的设计、螺线管场补偿、超导磁铁的设计、对撞区束管设计、辐射防护、对撞区的整体设计及优化以及亮度监测等。束团不稳定分析方面，采用了单束团、多束团两个模式，主要针对CEPC高频区，研究了超导腔对束流的不稳定性分析。在SPPC物理研究方面，研究了参数选择方法，给出了不同周长和质心能量的SPPC总体参数；设计了周长100公里的SPPC 全环磁聚焦结构设计并模拟了动力学孔径；研究了SPPC与CEPC几何兼容性，给出了两种兼容方案。CEPC正电子源物理设计方面，针对其中关键问题进行深入的研究，完成CEPC的正电子源转化靶的设计，并对系统中匹配、聚焦和加速系统进行物理设计。