未来强子对撞机的高能探索:亮度需求与NP影响

0 下载量 97 浏览量 更新于2024-09-03 收藏 681KB PDF 举报
大规模扩展未来强子对撞机(Future Hadron Colliders, FHCs)的研究旨在探索高能量物理现象,特别是那些超出大型强子对撞机(Large Hadron Collider, LHC)现有能力的新物理(New Physics, NP)。当前的挑战在于,随着质心能量(center-of-mass energy, √s)的提升,为了保持对率限制的NP探测效率(M/√s)不变,所需的综合光度(integrated luminosity)必须按指数级增长,即所谓的"天真缩放"限制。例如,从14 TeV LHC升级到100 TeV的FHC,所需要的光度理论上应增加约50倍,这在实验设计、能源消耗、技术挑战以及财务投入等方面都构成巨大压力。 论文作者Thomas G. Rizzo指出,这种光度的增长并非完全按照简单的线性或平方关系,而是受到两个关键因素的影响:一是部分子密度函数(Parton Density Functions, PDFs)的演化,它是描述强子内部结构的基本工具,其变化会改变碰撞事件的概率分布;二是强相互作用的色因子(strong coupling constant, αs)的运行,它决定了粒子之间的相互作用强度。这些效应导致实际的光度需求超过简单线性缩放预期。 维持固定NP相对质量范围(即M/√s)的相对亮度增长比例依赖于所考虑的具体NP模型特性。研究者通过构建几种可能的NP场景作为基准示例,探讨了不同的光度需求。如果达不到这些光度目标,将直接影响对新物理的探索能力,可能限制某些信号的检测敏感性,甚至可能导致某些现象难以被观测到。 总结来说,大规模扩展FHC是一项复杂的任务,不仅需要突破技术难题,还要精确控制与PDF演化和αs运行相关的物理效应,以确保能有效地揭示超越LHC能量范围的新物理现象。未来的研究和设计工作必须充分考虑这些因素,以优化资源分配和提高发现未知物理的可能性。