LHeC与FCC：未来电子对撞机的包容衍射突破

在未来电子质子和电子离子对撞机的研究中，特别是在高能领域，如太子强电子对撞机（LHeC）作为大型强子对撞机（HL-LHC）的升级版和未来电子-强子对撞设施的探讨，包容衍射这一现象变得尤为重要。相比于早先的电子-质子（ep）碰撞实验，如欧洲核子研究组织（HERA）的运行，LHeC的碰撞条件提供了显著的扩展。其x值（代表了散射过程中质子或原子核的动量转移）的可用动态范围扩大了约20倍，同时Q2（代表了空间反关系的尺度）的最大值提升了100倍。如果考虑到未来的环形对撞器，如Future Circular Collider（FCC），这种扩展将进一步增加一个数量级，这意味着可以更深入地探索粒子之间的相互作用。 在这样的环境中，对散射过程中的衍射交换（即部分子与散射波前的交换）的测量有着重大意义。通过分析，即使在非常保守的假设下，考虑到实验不确定性而不考虑理论上的函数形式不确定性，以及对光度和系统误差的估算，LHeC的ep碰撞中包含衍射的相干密度测量相较于HERA时代已经有了大约一个数量级的提升。这不仅提升了实验的精确性，而且有可能揭示出以前未被触及的物理细节。 此外，研究还扩展到了电子-原子核（eA）碰撞，尤其是在电子离子对撞机中。这些碰撞允许科学家们以与ep类似但更高的精度来提取核衍射的部分子密度，这是目前技术上难以达到但理论上极具价值的数据。这不仅有助于我们更好地理解核结构和量子色动力学（QCD）的深层次特性，而且对于核力、宇宙早期状态以及可能的新物理现象的研究具有潜在突破性的影响。 未来电子质子和电子离子对撞机为包容衍射研究提供了前所未有的机会，它们将极大地推动我们对基本粒子行为的理解，尤其是在极高的能量尺度下，这对粒子物理学和核物理领域具有深远的意义。随着技术的进步和数据的积累，我们期待着这些对撞机带来的新发现和理论突破。