Каковы преимущества ILC перед LHC?

Часто говорят, что адронный коллайдер, такой как БАК, используется для открытий, в то время как электронный коллайдер скорее используется для точных измерений. У коллайдера высокоэнергетических электронов есть несколько преимуществ:

• Все электроны имеют примерно одинаковую энергию. Можно варьировать энергию центра масс$\sqrt{s}$и наметить резонансы (подумайте$ee\rightarrow Z$или$J/\psi$). Сравните это с БАК, который в некотором смысле является глюон-глюонным коллайдером. Энергии глюонов в протонах сильно различаются (вероятность определенной энергии определяется функциями распределения партонов), так что вы никогда не знаете, с какой энергией сталкиваются ваши частицы. Вы одновременно исследуете все энергии вплоть до 7 ТэВ. Хуже того, большую часть времени ваши частицы в начальном состоянии имеют разные импульсы в направлении луча, так что вся ваша система движется вдоль луча. Эти эффекты размывают и сдвигают ваши распределения, например, если вы хотите измерить инвариантную массу чего-либо. Именно по этой причине мы используем поперечные переменные на адронных коллайдерах - нет начального ускорения в поперечном направлении (перпендикулярно линии пучка).

• В связи с вышеизложенным, в некоторых поисках новых частиц вы можете увидеть хорошие границы масс на лептонном коллайдере. Они возникают, когда у вас есть цепной распад, скажем$\tilde\chi^0_2 \rightarrow \tilde\chi^0_1 + Z \rightarrow \tilde\chi^0_1 + \ell^+ \ell^-$. Распределение инвариантных масс лептонных пар возрастает до точки$\Delta m = m(\tilde\chi^0_2) - m(\tilde\chi^0_1)$где вся энергия цепного распада переносится двумя лептонами и не передается нейтралино, а затем она внезапно падает. На БАК тоже можно поискать края масс, но они будут более размытыми.

• Как вы сказали, столкновения «чище». Например, нет струй из остатков протонов. Многих фонов там просто нет, и если вы бежите рядом с энергией интересного резонанса, то получите много сигнальных событий.

Однако на энергиях КМП реактивных двигателей будет произведено еще немало. Кроме того, ILC будет иметь довольно высокую яркость, поэтому им также придется иметь дело с несколькими одновременными событиями. А тут совсем новые проблемы. После того, как электронный пучок сфокусирован в точке столкновения, он быстро расходится за ней, поскольку электроны отталкиваются друг от друга. Ближайшая к линии пучка часть детектора будет «ослеплена» от всех электронов («лучевое излучение»). Если вы посмотрите на графики данных по сравнению с фоном при моделировании ILC, вы увидите, что пики фона, вызванного лучом, достигают высоких значений.$\eta$, под малыми углами к лучу. Похоже, этим можно управлять, но это все еще проблема для разработчиков детекторов и анализаторов.

Весьма вероятно, что эксперименты на БАК скоро окончательно обнаружат бозон Хиггса. Но тогда мы так и не знаем, какой это бозон Хиггса - стандартный модельный или другой с другими свойствами? В МССМ (суперсимметричная теория) имеется пять бозонов Хиггса, два из которых заряжены. И какова точная масса (массы)? Со временем мы сможем ответить на эти вопросы на БАК с большим количеством данных, но мы можем сделать это более точно с помощью специального инструмента, такого как ILC. То же самое относится не только к бозону Хиггса, но и к другой новой физике, такой как SUSY, дополнительные измерения или что-то еще, что еще предстоит открыть.