Compact X-band accelerator technology for linear colliders

Lineære kollisjonsmaskiner er kandidater for neste generasjons høyenergi-partikkelfysikkeksperimenter. Disse maskinene vil komplementere LHC-resultatene; LHC kolliderer protoner, mens lineære kollisjonsmaskiner vil kunne kollidere elektroner mot positron er. For å oppnå nok kollisjoner per sekund til å utføre presisjonsfysikk må elektron- og positronstrålene som kolliderer være av eksepsjonelt god kvalitet, med ultralav emittans. Dette prosjektet vil videreutvikle emittansbevaringsmetoder for lineære ko llisjonsmaskiner, inkludert eksperimentell demonstrasjon av stråleposisjonering og design av EM-felt monitorer for mikrometer-posisjonering inne i akselerasjonsstrukturer. Prosjektet vil videre studere hvordan CLIC X-band rf teknologi kan brukes for å designe kostnadseffektive, kompakte fri-elektron lasere. I tillegg vil vi studere emittansbevaring i plasmabaserte akseleratorer. Vi har studert såkalte wakefieldmonitorer eksperimentelt og også utviklet nye metoder for emittansbevaring ved numerisk simulering. Vi har videre studert emittansbevaring i plasmalinser, både numerisk og eksperimentelt. Dette arbeidet har gitt nye resultat relatert til muligheten for emittansbevaring i plasmaakseleratorer. Både det eksperimentelle og det numeriske arbeidet er viktig for å sikre en god emittansbevaringsstrategi i fremtidige kollisjonsmaskiner.

We set out to study emittance preservation in linear colliders. As the publication list demonstrates, the research performed has contributed significantly to understand the potential for emittance preservation in linear colliders, including for colliders where plasma technology may be used to improve performance. The research has also been presented to the general public in various forms, with emphasis on illustrating the usefulness and need for particle accelerators in the society.

CLIC is developing compact X-band high-gradient accelerator technology in order to push the linear collider energy reach into the Multi-TeV range. One of the main challenges for a linear collider is to preserve nm level beam emittances during the accelera tion process, which is necessary to reach the luminosity required for the physics studied. A key component of CLIC's emittance preservation scheme is precision wake field monitors, mounted on the accelerating structures. We propose to take the lead in the developments of the wake field monitors, including detailed microwave design, prototyping of read-out electronics, experimental tests with an electron beam in CTF3 and simulation studies of the emittance preservation in the CLIC main linac. The proposed project will include a post.doc. researcher to lead the design and experimental tests and a PhD student to exploit the experimental test results to study the feasibility of emittance preservation in CLIC using wake field monitors. In the CLIC project othe r applications for CLIC X-band technology are currently being studied, in particular applications to compact hadron-therapy machines and compact Free Electron Lasers. As a secondary activity in this project, we will participate in the X-band technology a pplication studies focusing on applicability to future Norwegian projects.