⚛️ high-energy experiments

Input to the SCAC Facilities Subcommittee from the U.S. Muon Collider Collaboration

本文件提供了美国缪子对撞机协作组向 SCAC 设施分委会提交的意见，概述了未来缪子对撞机对美国 2026-2036 年设施规划的科学依据、必要的研发路线图及战略相关性，同时强调了劳动力培养与国际协同作用。

原作者： S. Jindariani (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), T. Holmes (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), P. Meade (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), K. DiPetrillo

发布于 2026-09-30

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CC BY 4.0

原作者： S. Jindariani (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), T. Holmes (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), P. Meade (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), K. DiPetrillo (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), K. Kennedy (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), L. Lee (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), S. Pagan Griso (on behalf of the US Muon Collider Collaboration), D. Stratakis (on behalf of the US Muon Collider Collaboration)

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

在现代物理学的广阔版图中，科学家们一直在不断寻找理解宇宙的下一次伟大飞跃。几十年来，最强大的工具便是粒子对撞机——一种通过将微小粒子以惊人的速度撞击在一起，从而重现早期宇宙条件的庞大机器。目前的冠军——大型强子对撞机，已经揭示了希格斯玻色子，这种粒子解释了其他事物是如何获得质量的。然而，宇宙仍然隐藏着深刻的奥秘，例如暗物质的本质，以及为什么宇宙是由物质而非反物质组成的原因。为了解开这些谜团，物理学家需要达到比以往更高的能量水平。一条被提议的前进路径是建造一台围绕缪子（muon）运行的机器，缪子是一种类似于电子但质量大得多的粒子。由于缪子很重，它们可以在不损失像轻粒子那样多能量的情况下被加速到极高的能量，这有可能为远超现有机器观测范围的物理尺度开启一扇窗户。

来自全美的一群科学家最近向加速器设施战略规划委员会提交了一份详细计划，概述了美国如何为建设这样一台机器的可能性做好准备。他们的提案并未要求立即建造一台巨大的对撞机，因为那将是一项规模巨大且高风险的任务。相反，他们认为下一个十年应当致力于一个经过精心设计的研发阶段程序。他们论点的核心在于，在建造全规模设施之前，团队必须证明最困难的技术部分确实可行。他们建议从分布在各大学和国家实验室的小型组件测试开始，这些组件被称为“微型演示器”（micro-demonstrators）。这些测试将检查诸如强力磁铁、加速粒子的射频腔以及冷却缪子束所需的复杂系统等部件。通过先对这些部件进行单独测试，该团队希望在投入更大项目之前降低技术风险并完善设计。

该计划设想了一个从这些小型测试向名为“宏观演示器”（macro-demonstrator）的大型集成设施演进的过程。这台中间机器不会是一台全功能对撞机，而是一个能够在大规模范围内产生并冷却缪子束的工作原型机。科学家们认为，即使在全功能对撞机建成之前，该设施也可以作为研究其他物理领域（如中微子或暗物质）的强大工具。该提案强调，美国必须保持在该领域的专业知识，以维持其在全球科学领域的领先地位。如果美国等待太久才开发这些技术，就有可能失去建造如此复杂机器所需的熟练劳动力和工程知识。作者指出，虽然冷却缪子的基本概念在过去曾被测试过，但在现实工程条件下组装起一套完整的系统却是从未有过的。这是需要跨越的主要障碍。

该文件还强调了这项研究计划更广泛的益处。建造缪子对撞机所需的各种技术，如高功率磁铁和先进的辐射探测器，在包括医学成像和核安全在内的其他领域也有应用。通过现在投资这项研究，美国可以提升整个科学办公室（Office of Science）范围内的能力，而不仅仅局限于粒子物理学。科学家们明确表示，他们目前并不是在请求建设预算。他们是在请求一个协调计划，以填补当前研究组合中的空白。他们希望确保，等到未来做出建造对撞机的决定时，技术已经就绪，成本已经明确，且科学依据已经充分。他们的目标是让主办下一代世界领先能量前沿设施的可能性得以延续，确保美国始终处于探索自然基本法则的最前沿。

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