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ヒッグス工場のレトロコライダーデザイン

&銃弾; 物理 15、155

Cool Copper Collider は、他のコライダー設計よりもコンパクトな Higgs 生成線形コライダーの新しい提案です。

エミリオ・ナニ / スラック

Cool Copper Collider の暫定版。 この画像は、粒子線が通過する中央領域を示しています。

7 月には、米国の素粒子物理学者がオペレーション スノーマスを完了しました。これは、科学の優先事項と将来の施設のビジョンを構築する 10 年にわたるコミュニティ計画プロセスです。 アメリカ物理学会の素粒子・場部門が主催する今年のスノーマス会議には、ニュートリノ実験やミュー粒子加速器などの一連の計画が含まれています。 Cool Copper Collider (または C3 短期間)。 この提案は、現代のコライダーで使用されている超伝導無線周波数キャビティとは対照的に、従来のまたは「通常の伝導」無線周波数キャビティで粒子を加速することを求めています。 この「レトログラード」設計は、8 km のリニア コライダーで 500 GeV の衝突エネルギーを達成できるため、同様の超伝導設計よりもはるかに小さく、おそらく安価になります。

Cの目的3 このプロジェクトは、素粒子物理学の用語で言えば、250 ギガ電子ボルトを超えるエネルギーで陽電子と呼ばれる電子とその反物質パートナーと衝突する衝突型加速器であるヒッグス ファクトリーとして動作する予定です。 このような施設は、スイスの大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) のように、陽子と反陽子を一緒に粉砕することによる混乱を少なくして、大量のヒッグス粒子を作ることができます。 ヒッグスプラントは、ヒッグスボソンと他の粒子との間の接続の LHC からより正確な測定値を提供し、素粒子物理学の新しい理論につながる可能性のある小さな不一致を明らかにする可能性があります。 「ヒッグス粒子は最も興味深い粒子だと思います」と、カリフォルニア州にある SLAC 国立加速器研究所のエミリオ・ナンニは言います。 「そして、可能な限り正確に研究するには、専用のマシンを構築する必要があります。」

しかし部外者は、なぜ別のヒッグスの提案が素粒子物理学のリストに追加されたのか疑問に思うかもしれません。 同様のプラントである国際リニア コライダー (ILC) の設計は何年も前から進行中ですが、日本政府は日本での施設建設に対する支援をまだ確認していないため、そのプロジェクトは現在保留になっています。 将来の CERN 円形コライダーや中国の電子陽電子円形コライダーなど、他にもいくつかの大きな粒子物理学の提案が進行中です。

ジョン・ヴァン・ペルト / SLAC

C 長さ 1 メートルのオープンビュー3 RF キャビティの上半分と下半分を示すプロトタイプ。

Cの違い3 加速粒子の自然伝導性を備えた高周波キャビティの選択とは別に、最近のほとんどのマシンは超伝導高周波キャビティに依存しています。 通常の伝導体はより優れた加速器であり、超伝導体はよりエネルギー効率が高いため、各システムには利点があります。 物理学者が現在これらの技術を互いに比較検討しているという事実は、ILC の初期設計作業で超伝導対室温、通常の伝導率のオプションを設定したため、少し違いがあります。 2004 年、素粒子物理学コミュニティは ILC 超伝導体の使用を決定しました。 「超伝導アプローチはより成熟しており、リスクが低かった」とナニは言う。 しかし、過去 10 年間で、単純伝導技術は改善されました。 特に、研究チームは、荷電粒子を光線線に沿って押す加速勾配を 3 倍以上にすることができました。

常伝導技術の最近の改善は、銅のキャビティ壁から放出される不要な放電である「ブレークダウン」をよりよく理解することから生まれました。 崩壊を避けるために、コライダーのオペレーターは従来、加速度勾配を約 70 メガボルト/m に制限する必要がありました。 しかし、2000 年代初頭に、研究者は故障と熱によって引き起こされる欠陥との関連性を発見しました。この認識は、故障を回避するための新しい方法につながりました。銅の壁を 80 K に冷却することです。欠陥の原因となる加熱に対する耐性。 初期の実験では、冷銅およびその他の空洞設計の改良により、破壊することなく最大 250 MV/m の電界力が可能になることが示されました。 「あなたが得ることができるグラデーションは本当に信じられないほどです」とナニは言います.

これらの開発は、多くの物理学者に通常の伝導線形コライダーのアイデアを復活させるよう促しました。 「日本から良い知らせが来ないので、マシンがどれくらいの期間必要で、どれくらいの費用がかかるかを計算し始めることにしました」と SLAC の Caterina Vernieri は言います。 彼女と他の同僚は、最大 120 メガボルト/メートルの勾配を生成できる、長さ 8 キロメートルのコライダーをマッピングしました。 マシンは当初 250 GeV で動作し、後に 550 GeV にアップグレードされます。 比較のために、31 MV/m の勾配が計画されている ILC は、500 GeV に到達するには 30 km 延長する必要があります。 機械のコストには多くの要因がありますが、価格は一般的に長さに比例します、と Nani は言います。 研究者はCを導入しました3 Snowmass を検討するためのアイデア。 「コミュニティに提示したい魅力的な機会だと感じました」と Vernieri 氏は言います。 「牽引力があります。」

「証明することはまだたくさんありますが、c3 フロリダ州立大学のローラ・リナは、将来の研究プロジェクトを評価したスノーマスのエネルギー・フロンティア・グループの支持者の一人でした.ヒッグスとその他の重い粒子 C の次のステップ3 9 メートルの長さの実験を実施する予定です。この実験では、低温の銅製空洞の長い積み重ねが互いに接続されているため、この技術が驚くべきことではないことを証明します。 このデモンストレーション プロジェクトへの資金提供は、素粒子物理プロジェクトの優先順位付け委員会によって検討され、素粒子物理学者が 2023 年に議会に提出する「ウィッシュ リスト」が最終決定されます。

「C の 2 つの重要な側面3 Snowmass のもう 1 つの主催者である Brown 大学の Meenakshi Narain 氏は、非常に興味深いのは、Higgs プラントの建設に必要なコストと時間を削減できることです。 彼女は C3 この提案は、特にキャリアの早い物理学者の参加を奨励することで、「コミュニティの活性化」に役立ちました。 Vernieri は、この初期のキャリア グループに属しています。 「私の世代の物理学者は、大型ハドロン衝突型加速器の後の未来がどうなるか、そして私たちが機械を手に入れることができるかどうかを知りたがっています」と彼女は言います。 ヴェルニエリがCを守る3、しかし、彼女はILCまたは別のプロジェクトに満足しています. 「それが何であれ、ヒッグス工場が欲しい」

– マイケル・シャーバー

Michael Sherber は、 物理雑誌 フランスのリヨンを拠点に活動。


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