Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Novel tracks towards Multi-TeV colliders for particle physics

Alternativ tittel: Nye veier mot multi-TeV partikkelknusere for partikkelfysikk

Tildelt: kr 11,9 mill.

Med oppdagelsen av Higgs-bosonen ved LHC er den siste partikkelen i standardmodellen for partikkelfysikk funnet. Imidlertid er mange viktige spørsmål ubesvarte; hva er mørk materie, hva er forskjellen mellom materie og anti-materie, ligger det andre ukjente symmetrier til grunn for standardmodellen? Partikkelknusere er vår viktigste verktøy for å studere fundamentale partikler, med sine intense stråler som gjør det mulig å studere sjeldne fysikkprosesser i laboratoriemiljøer. Hvilken type partikkelknuser som best kan føre høyenergifysikk fremover debatteres for tiden i fagmiljøet. En beslutning om en neste maskinen forventes ved oppdateringen av den europeiske partikkelfysikkstrategien, forventet i 2. halvdel av 2020-tallet. Bør neste steg være presisjonsfysikk med en leptonmaskin, eller skal man satse på en hadronmaskin med mye høyere energi enn LHC? Forslag til både lineære elektron-positron-knusere og sirkulære proton-proton-knusere eksisterer. For disse forslagene vil 10-100 km lange underjordiske tunneler være nødvendig, og følgelig vil maskinene være dyre å finansiere innenfor de tilgjengelige budsjetter. En alternativ vei fremover er å utvikle ny akseleratorteknologi som drastisk kan redusere størrelsen og kostnadene for fremtidige knusere. Dette prosjektets overordnede mål er å identifisere mulige veier for kompakte og rimelige multi-TeV partikkelknusere ved å studere to nye akselerasjonsmetoder: plasmabølgeakselerasjon, der veldig sterke elektriske felt generert i plasmaer kan akselereres partikler til TeV-energier, og rask muonakselerasjon, som kan muliggjøre en kompakt muonknuser med multi-TeV-energi. Akseleratorteknologi utviklet for partikkelfysikk har tidligere blitt tatt i bruk for en rekke anvendelser i samfunnet, fra stråleterapi til materialvitenskap. Utvikling av ny akseleratorteknologi kan likeledes potensielt føre til bedre og mer kompakte maskiner for strålebehandling og materialevitenskap.

Challenge: collider studies at the multi-TeV frontier are essential to address open particle physics questions. However, it is unclear which accelerator technology is best suited to reach this goal. While RF technology is a good option for a "Higgs Factory" collider, plasma-based accelerators give promise for significantly shorter and more cost effective multi-TeV colliders. As of today, however, no concepts of plasma linacs have been completed to the level that a comparison to RF linacs can be done. This impedes further work towards plasma colliders. Opportunity: This project will resolve this by combing experiment and design to establish the performance of a plasma linac, and thus open novel tracks to multi-TeV collisions using plasma. We consider the plasma linac for muon colliders, as well as for a gamma-gamma collider. The latter option bypasses the positron plasma acceleration problem, proven to be particularly challenging. For all plasma-based linacs, an urgent question that will be addressed concerns the impact of transverse instabilities on acceleration efficiency and linac design. Team: The project manager is an expert on plasma-based acceleration and the PI of plasma instability experiments at FACET-II. He has lead the CERN linear collider novel technology working group, which has studied collider upgrade possibilities with plasmas, as well as the physics case for gamma-gamma colliders. The project will pull expertise from both collider- and plasma communities and is uniquely positioned to study the opportunities and challenges of plasma-based colliders, and to assess their advantages. Approach: Complete experimental studies of beam-plasma transverse instabilities vs efficiency at FACET-II. Refine models of plasma acceleration stages taking into account experiment results. Use the models to design plasma-based linacs for a gamma-gamma collider, and to investigate a plasma-based muon linac. Compare the performance of plasma-based linacs to RF linacs.

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek