Welche Vorteile hat der ILC gegenüber dem LHC?

Man sagt oft, dass ein Hadronen-Beschleuniger wie der LHC zum Entdecken verwendet wird, während ein Elektronenbeschleuniger eher für Präzisionsmessungen verwendet wird. Es gibt ein paar Vorteile eines Hochenergie-Elektronenkolliders:

• Alle Elektronen haben ungefähr die gleiche Energie. Man kann die Schwerpunktsenergie variieren$\sqrt{s}$und Resonanzen abbilden (think$ee\rightarrow Z$oder$J/\psi$). Vergleichen Sie dies mit dem LHC, der in gewisser Weise ein Gluon-Gluon-Collider ist. Die Gluonen in den Protonen haben sehr unterschiedliche Energien (die Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Energie ist durch die Parton-Verteilungsfunktionen gegeben), sodass Sie nie wissen, mit welcher Energie Ihre Teilchen kollidieren. Sie untersuchen gewissermaßen alle Energien bis zu 7 TeV gleichzeitig. Noch schlimmer ist, dass Ihre Teilchen im Anfangszustand meistens unterschiedliche Impulse in Strahlrichtung haben, sodass Ihr gesamtes System entlang des Strahls verstärkt wird. Diese Effekte verschmieren und verschieben Ihre Verteilungen, zB wenn Sie die unveränderliche Masse von etwas messen wollen. Aus diesem Grund verwenden wir bei Hadronenbeschleunigern transversale Variablen - es gibt keinen anfänglichen Schub in transversaler Richtung (senkrecht zur Strahllinie).

• Im Zusammenhang mit dem oben Gesagten können Sie bei einigen Suchen nach neuen Teilchen schöne Massenkanten an einem Lepton-Collider sehen. Sie treten beispielsweise auf, wenn Sie einen Kettenzerfall haben$\tilde\chi^0_2 \rightarrow \tilde\chi^0_1 + Z \rightarrow \tilde\chi^0_1 + \ell^+ \ell^-$. Die invariante Massenverteilung der Leptonenpaare steigt bis zum Punkt an$\Delta m = m(\tilde\chi^0_2) - m(\tilde\chi^0_1)$wo die gesamte Energie aus dem Kettenzerfall von den beiden Leptonen getragen wird und keine vom Neutralino, und dann fällt sie plötzlich ab. Sie können auch am LHC nach Massenrändern suchen, aber sie werden stärker verschmiert sein.

• Wie Sie sagten, sind die Kollisionen "sauberer". Es gibt zum Beispiel keine Jets aus Protonenresten. Viele Hintergründe existieren dort einfach nicht, und wenn Sie in der Nähe der Energie einer interessanten Resonanz laufen, erhalten Sie viele Signalereignisse.

Bei den Energien des ILC werden jedoch immer noch viele Jets produziert. Auch der ILC wird eine ziemlich hohe Leuchtkraft haben, also müssen sie auch mit mehreren gleichzeitigen Ereignissen fertig werden. Und dann gibt es ganz neue Probleme. Nachdem der Elektronenstrahl im Kollisionspunkt fokussiert ist, divergiert er schnell dahinter, weil sich die Elektronen abstoßen. Der Teil des Detektors, der der Strahllinie am nächsten liegt, wird von allen Elektronen „geblendet“ („Strahlstrahlung“). Wenn Sie sich Daten-gegen-Hintergrund-Diagramme aus ILC-Simulationen ansehen, sehen Sie, dass der strahlinduzierte Hintergrund hoch ansteigt$\eta$, in kleinen Winkeln zum Strahl. Es sieht so aus, als ob dies kontrolliert werden kann, aber es ist immer noch eine Herausforderung für Detektordesigner und Analysatoren.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass die LHC-Experimente das Higgs-Boson bald endgültig beobachten werden. Aber dann wissen wir immer noch nicht, um welches Higgs-Boson es sich handelt - das Standardmodell oder ein anderes mit anderen Eigenschaften? In der MSSM (einer supersymmetrischen Theorie) gibt es fünf Higgs-Bosonen, von denen zwei geladen sind. Und was ist die genaue Masse (Massen)? Diese Fragen werden wir am LHC irgendwann mit vielen Daten beantworten können, genauer können wir es aber mit einem speziellen Tool wie dem ILC. Dasselbe gilt nicht nur für das Higgs, sondern auch für andere neue Physik, wie SUSY, Extradimensionen oder was es sonst noch alles zu entdecken gibt.