AHEP 高能物理的发展 1687 - 7365 1687 - 7357 Hindawi 10.1155 / 2021/6693618 6693618 arXiv: 2010.15144 研究文章 物理Electron-Muon对撞机 https://orcid.org/0000 - 0001 - 9565 - 4186 莱文 安德鲁·迈克尔 Congqiao https://orcid.org/0000 - 0002 - 8953 - 1232 Agapitos 安东尼奥 https://orcid.org/0000 - 0002 - 8290 - 0517 羌族 https://orcid.org/0000 - 0003 - 0443 - 5071 Fanqiang https://orcid.org/0000 - 0001 - 9053 - 2809 羌族ydF4y2Ba Sitian 天一 弗兰克 马里亚纳 物理系核物理技术国家重点实验室 北京大学 北京100871年 中国 pku.edu.cn 2021年 26 2 2021年 2021年 10 12 2020年 8 2 2021年 26 2 2021年 2021年 版权©2021陆孟et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。这篇文章的出版由SCOAP资助<年代up>3

与非对称碰撞electron-muon对撞机概要针对multi-ab<年代up>1提出了集成的光度。这部小说对撞机,操作的碰撞能量,例如,20 - 200 GeV 50 - 1000 GeV,和100 - 3000 GeV,能够探测带电轻子味违反和测量精确希格斯玻色子的属性。电子的碰撞和μ介子束导致更少的物理背景和一个电子或muon-muon对撞机相比,自electron-muon交互进行主要通过高阶矢量玻色子融合和玻色子散射过程。非对称碰撞概要碰撞导致产品提高了对电子束的一面,它可以利用减少beam-inducedμ介子束在很大程度上的背景。记住这一点,你可以想象一个轻子对撞机复杂,从碰撞订单10 GeV电子和μ介子束在历史上首次违反探测带电轻子味,然后升级到一个与50 - 100 GeV电子对撞机,1 - 3 TeVμ介子束测量希格斯粒子属性和寻找新物理最后转换为TeV-scale muon-muon对撞机。成本应该从订单1亿到几十亿美元,对应于不同的阶段,使资金情况更实用。

科学技术部的中华人民共和国 2018年yfa0403900 中国国家自然科学基金 12075004

发现( 1, 2)和属性测量( 3- - - - - - 8希格斯玻色子是一个胜利的粒子物理学的标准模型(SM)和大型强子对撞机(LHC)。在未来10 - 20年,LHC和High-Luminosity LHC (HL-LHC)将进一步探索SM和寻找物理除此之外。2020年欧洲战略更新粒子物理学( 9)提出了一种视觉的短期和长期的未来,强调追求的需要,大型强子对撞机后作为最高优先级的设施,一个电子对撞机作为希格斯工厂,如提出国际直线对撞机(ILC)紧凑的线性对撞机(按),未来的圆形对撞机(FCC),或圆形电子正电子对撞机(CEPC)。这些未来的对撞机,在其生命周期的不同阶段,也作为Z或顶夸克TeV规模的工厂或操作新物理学搜索的目的。FCC和CEPC项目也为升级目标订单100 TeV强子对撞机。其他对撞机已经提出了类似的目标是高能对撞机(HE-LHC) [ 10电子),大型强子对撞机(LHeC) ( 11),和一个μ介子对撞机( 12]。

gydF4y2Ba最近,已经有大量的兴趣( 13)与质量重心muon-muon对撞机能量multi-TeV范围,它有一些优点hadron-hadron和电子对撞机( 14- - - - - - 16]。因为μ介子束排放更少比电子束同步辐射,μ介子可以在一个圆形的对撞机加速到更高的能量。另一方面,由于质子复合粒子,muon-muon碰撞比与质子间的对撞清洁,也可以导致更高的有效质量重心的能量。然而,由于μ介子的短暂一生,beam-induced背景(龙头)μ介子衰变需要检查和适当降低。基于现实的模拟 年代 = 1.5 包括TeV的围嘴,裁判。 17)发现希格斯玻色子和之间的耦合 b 夸克可以测量的百分比与ab<年代up>1收集到的数据。

gydF4y2Ba在这里,我们提出一个electron-muon对撞机与非对称碰撞的,例如,20 - 200 GeV 50 - 1000 GeV,和100 - 3000 GeV electron-muon光束能量,分别对应于重心能源126.5 GeV GeV GeV 447.2和1095.4。在历史上,欧洲核子研究中心和布鲁克海文分散μ介子在1960年代,使用accelerator-producedμ介子GeV规模电子目标,并测量弹性散射截面( 18- - - - - - 20.]。在1990年代末,μ介子的散射偏振SMC用电子合作在欧洲核子研究中心作为高能子光束的偏振计( 21]。最近,一个新的实验,MUonE [ 22),提出了通过弹性散射的高能μ介子在150 GeV原子电子,确定主要强子对μ介子的贡献 g 2。正面electron-muon对撞机首次提出是在1990年代( 23- - - - - - 25)主要探测带电轻子味违反(CLFV) [ 26),然而,没有跟进的社区。在这里,我们提出一个electron-muon对撞机首次与更详细的配置运行在低和高的能量,与更广泛的物理目标涵盖CLFV和希格斯粒子的研究。

gydF4y2Ba现在我们详细说明electron-muon对撞机的物理情况。上面的不对称碰撞概要提出是出于这一事实μ介子可以加速到更高的能量比电子更容易得多。非对称electron-muon对撞机操作以上提出的能量可以作为一个中间步骤之间的电子对撞机muon-muon对撞机。这种新型对撞机的优点是,它允许直接研究的带电轻子味违反在近background-free环境中,与其他轻子对撞机相反。电子的碰撞和μ介子束导致更少的物理背景与一个电子或muon-muon梁相比,因为背景物理过程大多是高阶矢量玻色子融合或散射过程。此外,非对称梁剖面往往产生碰撞的产品提高了对电子束的一面,它可以利用减少μ介子围嘴从上游μ介子束在很大程度上,例如,通过添加一个屏蔽喷嘴的μ介子与大型锥尺寸没有多少损失的认可。

gydF4y2Ba截面重心的依赖能源的六个主要SM过程electron-muon对撞机如图 1。在图的两个主要流程 1向量玻色子融合或散射过程吗 e μ + ν e ν ~ μ Z e μ + ν e ν ~ μ H 。的横截面 e μ + ν e ν ~ μ Z 863 291 fb (fb) 年代 = 0.5 TeV (1.0 TeV)的横截面 e μ + ν e ν ~ μ H 209 75 fb (fb) 年代 = 0.5 TeV (1.0 TeV)。