高亮度 100 TeV 质子-反质子对撞机的探索

新物理正在利用 CERN 的大型强子对撞机（LHC）以及 Fermilab 和 KEK 的强度前沿项目进行探索。已知新物理的能量尺度处于多 TeV 范围，这预示着需要一个远超该能量尺度的未来对撞机。我们探索了一台亮度为 10$^{\,34}$ cm$^{-2}$ s$^{-1}$、能量为 100 TeV 的 $p\bar{p}$ 对撞机，其能量为 LHC 的 7$\times$，但仅使用 2$\times$ 量的 NbTi 超导体，这支持了选择 4.5 T 单孔二极磁体的理由。许多高质量态的截面在 $p\bar{p}$ 碰撞中比 $pp$ 碰撞高 10 倍。用于产生的反夸克可直接来自反质子，而非间接来自胶子分裂。更高的截面降低了超导磁体中的同步辐射以及每次束流交叉的事件数，因为较低的束流强度即可产生相同的稀有事件率。事件产生更集中，使得探测器更紧凑，四极三重体之间空间更小，且为实现更高亮度而采用更小的 $\beta^{*}$。一个类 Fermilab 的 $\bar p$ 源会将束流分散到 12 个动量通道以捕获更多反质子。由于随机冷却时间随粒子数缩放，将使用 12 套冷却环组。每组将包括相位旋转以降低动量分散、均衡所有动量通道并进行随机冷却。在随机冷却环之后将有一个电子冷却环。最后，反质子将在运行期间通过同步阻尼将其与新束团结合而无需离开对撞环即可被回收。