宣布大型强子对撞机LHC-Indico.PPT

CEPC增强器的物理设计及CEPC主环中的束流光学系统优化研究 指导教师：高杰 学生姓名：边天剑 学位类别：理学博士 学科专业：粒子物理与原子核物理 研究方向：粒子加速器物理 主要内容 选题背景及意义 国内外本学科领域的发展现状与趋势 课题主要内容、预期目标 拟采用的研究方法、技术路线实验案及其可行性分析 已有研究基础与所需的条件 国际合作 研究工作计划与进度安排 参考文献 选题背景及意义 希格斯粒子是粒子物理“标准模型”预言的解释物质质量起源的粒子。 经过全世界物理学家近半个世纪的努力，2012年欧洲核子中心（CERN）宣布大型强子对撞机（LHC）上的实验发现了希格斯粒子。这项成果标志着“标准模型”的完成，也标志着新时代的开始。基础物理学因此面临着一个重要的转折和发展机遇。 对于中国的高能物理研究，乃至整个科技的发展，这是一个难得的重要机遇。 我们建议在我国建设一个以超高能环形加速器为核心的世界级大型加速器基地，研究希格斯粒子及相关的科学问题，寻找超出“标准模型”的新物理，寻找未来发展的突破口。这一基地将采用国际化的方式运作、管理，吸引国内外上万名科学家与工程师参与，聚集一批高新技术企业，形成一个大型科学研究中心和国际科学城,最终发展为世界科学的中心之一。 选题背景及意义 建造高能量前沿实验装置是未来粒子物理研究的发展趋势。 2012年7月，CERN宣布大型强子对撞机（LHC）上的实验发现了希格斯粒子。这是人类对物质世界认识的重要里程碑，它完成了对物质结构描述的标准理论，也预示着新时代的开始。科学家们开始讨论基础物理学将向何处发展？国际上出现了十几个基于加速器的高能量前沿实验装置。我国科学家于2012年9月提出建造下一代环形正负电子对撞机（CEPC）并适时改造为高能质子对撞机（SppC）的方案，在国际上引起巨大反响。CERN随后将此方向列为其粒子物理2013-2018年五年规划中的一部分，并于2014年2月启动了对未来环形对撞机的设计研究。国际未来加速器委员会（ICFA）已正式宣布将支持这样的研究并鼓励进行全球合作。 选题背景及意义 掌握增强器中的关键物理问题，对本领域有较全面的了解。促进CEPC概念设计报告的形成，并为CEPC建设做准备。 掌握增强器的lattice的设计。首先从非线性理论的角度对束流光学系统设计以及优化有较深刻认识，其次可以在技术上实现合理的设计与优化。主要解决注入时低磁场问题和小动力学孔径问题。促进CEPC概念设计报告的形成，并为CEPC建设做准备。 掌握CEPC主环以及最终聚焦系统的设计与优化。促进CEPC概念设计报告的形成，并为CEPC建设做准备。 研究增强器中不稳定性的影响。为CEPC的设计提供参考。 论文选题定为CEPC增强器的关键物理问题研究及CEPC主环的束流光学系统优化研究，其意义为： 国内外本学科领域的发展现状与趋势 CEPC-SPPC有两个工作阶段，第一阶段用做环形正负电子对撞机（CEPC），第二阶段则是将其升级为超级质子对撞机（SPPC）。正负电子对撞机有本底低且初态精确可调的特点，而CEPC的质心能量可以轻松达到Higgs粒子的产生阈值（~240 GeV）进而产生大量的干净Higgs粒子，利用CEPC，人们可以对Higgs粒子以及其他的标准模型粒子（比如Z粒子）进行精确测量，从而 搜索出新物理的蛛丝马迹乃至预言新物 理能标。另一方面，超级质子对撞机能 够达到的质心能量比目前实验上的最高 水平大接近一个量级，可以对高达50或 更高的 TeV的能区进行直接搜索。 环形正负电子对撞机--超级质子质子对撞机（CEPC--SppC） 国内外本学科领域的发展现状与趋势 未来环型对撞机研究将检验在一条80~100 km长的未来环型地下隧道里打造一台世界上最高能量的粒子对撞机的各种可能性，包括一台对撞能量约为100万亿电子伏特的质子-质子（或重离子-重离子）对撞机，一台高 亮度的正负电子对撞机，用作W、Z和Higgs玻色子、 顶夸克对的工厂，也包括质子-电子对撞的可能性。 此研究将以全世界范围内的国际合作的形式组织 开展，其目标是，2018年提交一份概念设计报告 连同一份造价评估，报告将汇集物理、探测器、 加速器、基础设施4个方面的研究结果。 未来环形对撞机（Future Circular Collider） 国内外本学科领域的发展现状与趋势 整台ILC机器总长将达到31千米，主要由两个超导直线加速器组成，正负电子的对撞能量将达到500 GeV。ILC每秒将产生5次脉冲，每个脉冲持续1毫秒，能产生3000个正负电子束团，使它们加速并发生对撞。每个加速器的平均束流功率约为1万千瓦。加速器将电功率转换为束流功率的总效率约为20