The Large Hadron–Electron Collider at the HL-LHC
P. Agostini
,
H. Aksakal
,
S. Alekhin
,
P.P. Allport
,
N. Andari
(1)
,
K.D.J. Andre
,
D. Angal-Kalinin
,
S. Antusch
,
L. Aperio Bella
,
L. Apolinario
,
R. Apsimon
,
A. Apyan
,
G. Arduini
,
V. Ari
,
A. Armbruster
,
N. Armesto
,
B. Auchmann
,
K. Aulenbacher
,
G. Azuelos
,
S. Backovic
,
I. Bailey
,
S. Bailey
,
F. Balli
(1)
,
S. Behera
,
O. Behnke
,
I. Ben-Zvi
,
M. Benedikt
,
J. Bernauer
,
S. Bertolucci
,
S.S. Biswal
,
J. Blümlein
,
A. Bogacz
,
M. Bonvini
,
M. Boonekamp
(2)
,
F. Bordry
,
G.R. Boroun
,
L. Bottura
,
S. Bousson
(1)
,
A.O. Bouzas
,
C. Bracco
,
J. Bracinik
,
D. Britzger
,
S.J. Brodsky
,
C. Bruni
(1)
,
O. Brüning
,
H. Burkhardt
,
O. Cakir
,
R. Calaga
,
A. Caldwell
,
A. Calıskan
,
S. Camarda
,
N.C. Catalan-Lasheras
,
K. Cassou
(3)
,
J. Cepila
,
V. Cetinkaya
,
V. Chetvertkova
,
B. Cole
,
B. Coleppa
,
A. Cooper-Sarkar
,
E. Cormier
(4)
,
A.S. Cornell
,
R. Corsini
,
E. Cruz-Alaniz
,
J. Currie
,
D. Curtin
,
M. d'Onofrio
,
J. Dainton
,
E. Daly
,
A. Das
,
S.P. Das
,
L. Dassa
,
J. de Blas
,
L. Delle Rose
,
H. Denizli
,
K.S. Deshpande
,
D. Douglas
,
L. Duarte
,
K. Dupraz
(5, 3)
,
S. Dutta
,
A.V. Efremov
,
R. Eichhorn
,
K.J. Eskola
,
E.G. Ferreiro
,
O. Fischer
,
O. Flores-Sánchez
,
S. Forte
,
A. Gaddi
,
J. Gao
,
T. Gehrmann
,
A. Gehrmann-de Ridder
,
F. Gerigk
,
A. Gilbert
,
F. Giuli
,
A. Glazov
,
N. Glover
,
R.M. Godbole
,
B. Goddard
,
V. Gonçalves
,
G.A. Gonzalez-Sprinberg
,
A. Goyal
,
J. Grames
,
E. Granados
,
A. Grassellino
,
Y.O. Gunaydin
,
Y.C. Guo
,
V. Guzey
,
C. Gwenlan
,
A. Hammad
,
C.C. Han
,
L. Harland-Lang
,
F. Haug
,
F. Hautmann
,
D. Hayden
,
J. Hessler
,
I. Helenius
,
J. Henry
,
J. Hernandez-Sanchez
,
H. Hesari
,
T.J. Hobbs
,
N. Hod
,
G.H. Hoffstaetter
,
B. Holzer
,
C.G. Honorato
,
B. Hounsell
(3)
,
N. Hu
(3)
,
F. Hug
,
A. Huss
,
A. Hutton
,
R. Islam
,
S. Iwamoto
,
S. Jana
,
M. Jansova
(6)
,
E. Jensen
,
T. Jones
,
J.M. Jowett
,
W. Kaabi
(3)
,
M. Kado
,
D.A. Kalinin
,
H. Karadeniz
,
S. Kawaguchi
,
U. Kaya
,
R.A. Khalek
,
H. Khanpour
,
A. Kilic
,
M. Klein
,
U. Klein
,
S. Kluth
,
M. Köksal
,
F. Kocak
,
M. Korostelev
,
P. Kostka
,
M. Krelina
,
J. Kretzschmar
,
S. Kuday
,
G. Kulipanov
,
M. Kumar
,
M. Kuze
,
T. Lappi
,
F. Larios
,
A. Latina
,
P. Laycock
,
G. Lei
,
E. Levitchev
,
S. Levonian
,
A. Levy
,
R. Li
,
X. Li
,
H. Liang
,
V. Litvinenko
,
M. Liu
,
T. Liu
,
W. Liu
,
Y. Liu
,
S. Liuti
,
E. Lobodzinska
,
D. Longuevergne
(3)
,
X. Luo
,
W. Ma
,
M. Machado
,
S. Mandal
,
H. Mäntysaari
,
F. Marhauser
,
C. Marquet
(7)
,
A. Martens
(3)
,
R. Martin
,
S. Marzani
,
J. Mcfayden
,
P. Mcintosh
,
B. Mellado
,
F. Meot
,
A. Milanese
,
J.G. Milhano
,
B. Militsyn
,
M. Mitra
,
S. Moch
,
M. Mohammadi Najafabadi
,
S. Mondal
,
S. Moretti
,
T. Morgan
,
A. Morreale
,
P. Nadolsky
,
F. Navarra
,
Z. Nergiz
,
P. Newman
,
J. Niehues
,
E.A. Nissen
,
M. Nowakowski
,
N. Okada
,
G. Olivier
(3)
,
F. Olness
,
G. Olry
(3)
,
J.A. Osborne
,
A. Ozansoy
,
R. Pan
,
B. Parker
,
M. Patra
,
H. Paukkunen
,
Y. Peinaud
(3)
,
D. Pellegrini
,
G. Perez-Segurana
,
D. Perini
,
L. Perrot
(3)
,
N. Pietralla
,
E. Pilicer
,
B. Pire
(7)
,
J. Pires
,
R. Placakyte
,
M. Poelker
,
R. Polifka
,
A. Polini
,
P. Poulose
,
G. Pownall
,
Y.A. Pupkov
,
F.S. Queiroz
,
K. Rabbertz
,
V. Radescu
,
R. Rahaman
,
S.K. Rai
,
N. Raicevic
,
P. Ratoff
,
A. Rashed
,
D. Raut
,
S. Raychaudhuri
,
J. Repond
,
A.H. Rezaeian
,
R. Rimmer
,
L. Rinolfi
,
J. Rojo
,
A. Rosado
,
X. Ruan
,
S. Russenschuck
,
M. Sahin
,
C.A. Salgado
,
O.A. Sampayo
,
K. Satendra
,
N. Satyanarayan
,
B. Schenke
,
K. Schirm
,
H. Schopper
,
M. Schott
,
D. Schulte
,
C. Schwanenberger
,
T. Sekine
,
A. Senol
,
A. Seryi
,
S. Setiniyaz
,
L. Shang
,
X. Shen
,
N. Shipman
,
N. Sinha
,
W. Slominski
,
S. Smith
,
C. Solans
,
M. Song
,
H. Spiesberger
,
J. Stanyard
,
A. Starostenko
,
A. Stasto
,
A. Stocchi
(3)
,
M. Strikman
,
M.J. Stuart
,
S. Sultansoy
,
H. Sun
,
M. Sutton
,
L. Szymanowski
,
I. Tapan
,
D. Tapia-Takaki
,
M. Tanaka
,
Y. Tang
,
A.T. Tasci
,
A.T. Ten-Kate
,
P. Thonet
,
R. Tomas-Garcia
,
D. Tommasini
,
D. Trbojevic
,
M. Trott
,
I. Tsurin
,
A. Tudora
,
I. Turk Cakir
,
K. Tywoniuk
,
C. Vallerand
(3)
,
A. Valloni
,
D. Verney
(3)
,
E. Vilella
,
D. Walker
,
S. Wallon
(3)
,
B. Wang
,
K. Wang
,
K. Wang
,
X. Wang
,
Z.S. Wang
,
H. Wei
,
C. Welsch
,
G. Willering
,
P.H. Williams
,
D. Wollmann
,
C. Xiaohao
,
T. Xu
,
C.E. Yaguna
,
Y. Yamaguchi
,
Y. Yamazaki
,
H. Yang
,
A. Yilmaz
,
P. Yock
,
C.X. Yue
,
S.G. Zadeh
,
O. Zenaiev
,
C. Zhang
,
J. Zhang
,
R. Zhang
,
Z. Zhang
(3)
,
G. Zhu
,
S. Zhu
,
F. Zimmermann
,
F. Zomer
(3)
,
J. Zurita
,
P. Zurita
1
Université Paris-Saclay
2 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
3 IJCLab - Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie
4 CELIA - Centre d'Etudes Lasers Intenses et Applications
5 UP11 - Université Paris-Sud - Paris 11
6 UNISTRA - Université de Strasbourg
7 CPHT - Centre de Physique Théorique [Palaiseau]
2 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
3 IJCLab - Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie
4 CELIA - Centre d'Etudes Lasers Intenses et Applications
5 UP11 - Université Paris-Sud - Paris 11
6 UNISTRA - Université de Strasbourg
7 CPHT - Centre de Physique Théorique [Palaiseau]
P. Agostini
- Fonction : Auteur
H. Aksakal
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A. Armbruster
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A.O. Bouzas
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E. Jensen
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- PersonId : 755385
- ORCID : 0000-0002-7514-4012
T. Jones
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J.M. Jowett
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D.A. Kalinin
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M. Klein
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S. Kluth
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H. Liang
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V. Litvinenko
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M. Liu
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S. Liuti
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E. Lobodzinska
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D. Longuevergne
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X. Luo
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A. Martens
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R. Martin
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S. Setiniyaz
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X. Shen
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N. Shipman
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B. Wang
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K. Wang
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H. Wei
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- PersonId : 1097790
C. Welsch
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P. Yock
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S.G. Zadeh
- Fonction : Auteur
O. Zenaiev
- Fonction : Auteur
C. Zhang
- Fonction : Auteur
J. Zhang
- Fonction : Auteur
R. Zhang
- Fonction : Auteur
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G. Zhu
- Fonction : Auteur
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S. Zhu
- Fonction : Auteur
F. Zimmermann
- Fonction : Auteur
J. Zurita
- Fonction : Auteur
P. Zurita
- Fonction : Auteur
Résumé
The Large Hadron–Electron Collider (LHeC) is designed to move the field of deep inelastic scattering (DIS) to the energy and intensity frontier of particle physics. Exploiting energy-recovery technology, it collides a novel, intense electron beam with a proton or ion beam from the High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC). The accelerator and interaction region are designed for concurrent electron–proton and proton–proton operations. This report represents an update to the LHeC’s conceptual design report (CDR), published in 2012. It comprises new results on the parton structure of the proton and heavier nuclei, QCD dynamics, and electroweak and top-quark physics. It is shown how the LHeC will open a new chapter of nuclear particle physics by extending the accessible kinematic range of lepton–nucleus scattering by several orders of magnitude. Due to its enhanced luminosity and large energy and the cleanliness of the final hadronic states, the LHeC has a strong Higgs physics programme and its own discovery potential for new physics. Building on the 2012 CDR, this report contains a detailed updated design for the energy-recovery electron linac (ERL), including a new lattice, magnet and superconducting radio-frequency technology, and further components. Challenges of energy recovery are described, and the lower-energy, high-current, three-turn ERL facility, PERLE at Orsay, is presented, which uses the LHeC characteristics serving as a development facility for the design and operation of the LHeC. An updated detector design is presented corresponding to the acceptance, resolution, and calibration goals that arise from the Higgs and parton-density-function physics programmes. This paper also presents novel results for the Future Circular Collider in electron–hadron (FCC-eh) mode, which utilises the same ERL technology to further extend the reach of DIS to even higher centre-of-mass energies.
Mots clés
deep-inelastic scattering
high-lumi LHC
QCD
Higgs
top and electroweak physics
nuclear physics
beyond Standard Model
energy-recovery-linac
accelerator physics
CERN LHC Coll: upgrade
electron: linear accelerator
detector: design
electron: beam
current: high
lepton nucleus: scattering
final state: hadronic
parton: density
ion: beam
vertex: primary
LHeC
deep inelastic scattering
energy recovery
nucleus: structure function
p: distribution function
parton: distribution function
electroweak interaction
quantum chromodynamics
superconductivity
electron nucleus: colliding beams
electron hadron: scattering
sensitivity
new physics
calibration
acceptance
kinematics
electron p: colliding beams
electron p: scattering
resolution
buildings
structure
lattice
magnet
FCC
numerical calculations: Monte Carlo