小型線形衝突型加速器

現在のLHCのデータは、2012年に発見された粒子が素粒子物理学の標準模型で予測されたヒッグス粒子であることを示唆している。 ^{[ 7 ] [ 8 ]}しかし、LHCは、この粒子の複合的/基本的性質、結合強度、拡張電弱セクターにおける役割の可能性など、この粒子の真の性質に関する疑問に部分的にしか答えることができない。^{[ 2 ]} CLICは、これまで達成されたことのない精度でヒッグス結合を測定することにより、これらの疑問をより深く調べることができる。^{[ 9 ]} CLICの380 GeVステージでは、例えば、ヒッグス放射とWW融合生成過程を通して、ヒッグス粒子とフェルミオンおよびボソンとの結合をモデルに依存しない正確な測定で測定することができる。第2および第3ステージでは、トップ-湯川結合、まれなヒッグス崩壊、ヒッグス自己結合などの現象にアクセスできる。^{[ 9 ]} 

The top quark, the heaviest of all known fundamental particles, has currently never been studied in electron-positron collisions.^[10] The CLIC linear collider plans to have an extensive top quark physics programme. A major aim of this programme would be a threshold scan around the top quark pair-production threshold (~350 GeV) to precisely determine the mass and other significant properties of the top quark. For this scan, CLIC currently plans to devote 10% of the running time of the first stage, collecting 100 fb⁻¹.^[1] This study would allow the top quark mass to be ascertained in a theoretically well-defined manner and at a higher precision than possible with hadron colliders.^[2] CLIC would also aim to measure the top quark electroweak couplings to the Z boson and the photon, as deviations of these values from those predicted by the Standard Model could be evidence of new physics phenomena, such as extra dimensions. Further observation of top quark decays with flavour-changing neutral currents at CLIC would be an indirect indication of new physics, as these should not be seen by CLIC under current Standard Model predictions.^[10]

CLIC could discover new physics phenomena either through indirect measurements or by direct observation. Large deviations in precision measurements of particle properties from the Standard Model prediction would indirectly signal the presence of new physics. Such indirect methods give access to energy scales far beyond the available collision energy, reaching sensitivities of up to tens of TeV.

CLIC が 3 TeV で実行できる間接測定の例としては 、ミューオン ペアの生成を利用して Z ′ボソン (到達エネルギーが約 30 TeV まで) の証拠を提供し、標準模型を 超える単純なゲージ拡張を示すこと、ベクトル ボソン散乱を利用して電弱対称性の破れのメカニズムについての洞察を得ること、そして複数の最終状態の組み合わせを利用してヒッグス ボソンの基本的性質または複合的性質を決定すること (到達エネルギーが約 50 TeV まで) などがある。^{[ 4 ]} CLIC では、質量 1.5 TeV までの粒子の直接ペア生成、および質量 3 TeV までの単一粒子生成が可能である。電子陽電子衝突型のクリーンな環境により、CLIC はこれらの潜在的な新粒子の特性を非常に高い精度で測定することができる。^{[ 1 ]} CLICが3 TeVで直接観測できる粒子の例としては、超対称性理論で提案されているチャージーノ、ニュートラリーノ（どちらも約1.5 TeV以下）、スレプトン（1.5 TeV以下）などがある。 ^{[ 4 ]}      

しかし、宇宙定数、LIGOノイズ、パルサータイミングに関する実験データからの研究は、標準モデルやLHCで発見できる質量よりもはるかに大きな質量を持つ新しい粒子が存在する可能性は非常に低いことを示唆している。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}一方、この研究は、量子重力または摂動量子場理論が1 PeVより前に強く結合し、TeVで他の新しい物理につながることも示唆している。^{[ 11 ]}

主ビームに必要な電子は、Qスイッチ偏光レーザーでGaAs型カソードを照射することによって生成され、縦方向に80%の偏光度を持つ。^{[ 5 ]}主ビーム用の陽電子は、5 GeVの電子ビームをタングステンターゲットに照射することによって生成される。2.86 GeVまで初期加速された後、電子と陽電子の両方が放射減衰によるエミッタンス低減のためにダンピングリングに入る。その後、両方のビームは共通のブースターリニアックでさらに9 GeVまで加速される。長い輸送ラインによって2つのビームは主リニアックの始点まで運ばれ、そこで1.5 TeVまで加速されてからビームデリバリーシステム（BDS）に入り、ビームが圧縮されて衝突する。2つのビームはIPで水平面内で20 m radの交差角で衝突する。 ^{[ 5 ]}     

各ドライブビーム複合施設は、2.5  km 長の線形加速器と、それに続くドライブビーム再結合複合施設で構成されています。ドライブビーム再結合複合施設は、遅延線と結合リングのシステムであり、入射ビームパルスがインターリーブされて最終的に 12 GHz のシーケンスと最大 100 A の局所ビーム電流を形成します。^{[ 5 ]}各 2.5 km 長のドライブビーム線形加速器は、1 GHz クライストロンによって駆動されます。これにより、0.5 GHzのバンチング周波数で148 μs 長のビーム (1.5 TeV エネルギー段階シナリオの場合) が生成されます。244 ns ごとにバンチング位相が 180 度切り替わり、つまり 1 GHz の奇数バケットと偶数バケットが交互に満たされます。この位相コーディングにより、最初の係数 2 の再結合が可能になります。奇数バンチは遅延ループ (DL) で遅延され、偶数バンチはそれをバイパスします。DLの飛行時間は約244 nsで、ピコ秒レベルで調整されているため、2つのバンチ列が合体して、244 nsの空きスペースで隔てられた、バンチング周波数1 GHzの244 ns長のバンチ列を複数形成します。この新しい時間構造により、DLと同様のメカニズムで、後続のコンバイナリングでさらに3倍および4倍の再結合が可能になります。ビームの最終的な時間構造は、約5.5 μsの間隔で配置された、12 GHzの244 ns長のバンチ列（最大25個）で構成されます。再結合は、各結合列がメインビームの到着と同期して、それぞれの減速器セクターに到着するようにタイミングが調整されます。駆動ビームの加速とビーム再結合に低周波（1 GHz）、長パルス長（148 μs）のクライストロンを使用することで、クライストロンを直接メインビームの加速に使用するよりも便利になります。^{[ 5 ]}                

CLIC加速器設計の主な技術的課題は、さまざまな試験施設で解決されています。駆動ビームの生成と再結合、および2ビーム加速コンセプトは、CLIC試験施設3（CTF3）で実証されました。Xバンド高出力クライストロンベースのRF源は、CERNの高勾配Xバンド試験施設（XBOX）で段階的に構築されました。^{[ 16 ] [ 17 ]}これらの施設は、CLIC加速構造やその他のXバンドベースのプロジェクトの性能の調整と検証に必要なRF電力とインフラストラクチャを提供します。追加のXバンド高勾配試験は、 KEKのNEXTEF施設とSLACで実施されており、新しい試験台が清華大学で稼働しており、さらに試験台がINFNフラスカティと上海のSINAPで建設されています。^{[ 18 ]}

CLICdetは、半径が大きくなる4つの主要な層、すなわち頂点およびトラッキングシステム、カロリメータ、ソレノイド磁石、ミューオン検出器から構成されている。^{[ 19 ]}

頂点および追跡システムは CLICdet の最内領域に位置し、粒子のエネルギーと軌道への悪影響を最小限に抑えつつ、粒子の位置と運動量を検出することを目的としています。頂点検出器は円筒形で、半径が大きくなるにつれて検出器材料の二重層が 3 層あり、空気の流れによる冷却を助けるために、両端に螺旋状に配置された 3 つのセグメント ディスクがあります。これらは厚さ 50  μm の 25x25 μm2 のシリコン ピクセルで構成されていると想定されており、目標は 3 μm の単一点分解能を実現することです 。追跡システムは、厚さ 200 μm のシリコンセンサーモジュールで構成されています 。^{[ 19 ]}

カロリメータは頂点とトラッキングシステムを取り囲み、吸収によって粒子のエネルギーを測定することを目的としている。電磁カロリメータ（ECAL）は、サンドイッチ構造のシリコン/タングステン約40層から構成され、ハドロンカロリメータ（HCAL）は、間にシンチレーション材料が挿入された60枚の鋼製吸収板から構成されている。 ^{[ 19 ]}

これらの内部CLICdet層は、磁場強度4Tの超伝導ソレノイド磁石で囲まれています。この磁場は荷電粒子を曲げ、運動量と電荷の測定を可能にします。磁石は鉄製のヨークで囲まれており、その中にはミューオン識別用の大面積検出器が収められています。^{[ 19 ]}

この検出器には、ババ散乱事象の生成物を測定するためのルミノシティカロリメータ（LumiCal） 、極角10ミリラジアンまでECALのカバー範囲を補完するビームカロリメータ、およびビーム間の相対的なずれによるルミノシティ損失を相殺するためのイントラトレインフィードバックシステムも備わっている。^{[ 19 ]}

頂点およびトラッキングシステムの材料予算に関する厳しい要件により、CLICdet に従来の液体冷却システムを使用することはできません。そのため、この内部領域には乾式ガス冷却システムを使用することが提案されています。ガスの流れを可能にするために、検出器の設計には空気ギャップが考慮されており、このガスは空気または窒素になります。^{[ 21 ] [ 22 ]}効果的な空冷を可能にするために、頂点検出器内のシリコンセンサーの平均消費電力を下げる必要があります。そのため、これらのセンサーは電流ベースの電力パルス方式で動作します。つまり、可能な限りセンサーを高消費電力状態から低消費電力状態に切り替え、50  Hz のバンチトレイン交差率に対応します。^{[ 23 ]}