STCF conceptual design report (Volume 1): Physics & detector

• DOI: 10.1007/s11467-023-1333-z
• Publication Date: 2023-11-24T07:02:36Z
• Authors: M. Achasov; X. C. Ai; L. P. An; R. Aliberti; Q. An; X. Z. Bai; Y. Bai; O. Bakina; A. Barnyakov; V. Blinov; V. Bobrovnikov; D. Bodrov; A. Bogomyagkov; A. Bondar; I. Boyko; Z. H. Bu; F. M. Cai; H. Cai; J. J. Cao; Q. H. Cao; X. Cao; Z. Cao; Q. Chang; K. T. Chao; D. Y. Chen; H. Chen; H. X. Chen; J. F. Chen; K. Chen; L. L. Chen; P. Chen; S. L. Chen; S. M. Chen; S. Chen; S. P. Chen; W. Chen; X. Chen; X. F. Chen; X. R. Chen; Y. Chen; Y. Q. Chen; H. Y. Cheng; J. Cheng; S. Cheng; T. G. Cheng; J. P. Dai; L. Y. Dai; X. C. Dai; D. Dedovich; A. Denig; I. Denisenko; J. M. Dias; D. Z. Ding; L. Y. Dong; W. H. Dong; V. Druzhinin; D. S. Du; Y. J. Du; Z. G. Du; L. M. Duan; D. Epifanov; Y. L. Fan; S. S. Fang; Z. J. Fang; G. Fedotovich; C. Q. Feng; X. Feng; Y. T. Feng; J. L. Fu; J. Gao; Y. N. Gao; P. S. Ge; C. Q. Geng; L. S. Geng; A. Gilman; L. Gong; T. Gong; B. Gou; W. Gradl; J. L. Gu; A. Guevara; L. C. Gui; A. Q. Guo; F. K. Guo; J. C. Guo; J. Guo; Y. P. Guo; Z. H. Guo; A. Guskov; K. L. Han; L. Han; M. Han; X. Q. Hao; J. B. He; S. Q. He; X. G. He; Y. L. He; Z. B. He; Z. X. Heng; B. L. Hou; T. J. Hou; Y. R. Hou; C. Y. Hu; H. M. Hu; K. Hu; R. J. Hu; W. H. Hu; X. H. Hu; Y. C. Hu; J. Hua; G. S. Huang; J. S. Huang; M. Huang; Q. Y. Huang; W. Q. Huang; X. T. Huang; X. J. Huang; Y. B. Huang; Y. S. Huang; N. Hüsken; V. Ivanov; Q. P. Ji; J. J. Jia; S. Jia; Z. K. Jia; H. B. Jiang; J. Jiang; S. Z. Jiang; J. B. Jiao; Z. Jiao; H. J. Jing; X. L. Kang; X. S. Kang; B. C. Ke; M. Kenzie; A. Khoukaz; I. Koop; E. Kravchenko; A. Kuzmin; Y. Lei; E. Levichev; C. H. Li; C. Li; D. Y. Li; F. Li; G. Li; G. Li; H. B. Li; H. Li; H. N. Li; H. J. Li; H. L. Li; J. M. Li; J. Li; L. Li; L. Li; L. Y. Li; N. Li; P. R. Li; R. H. Li; S. Li; T. Li; W. J. Li; X. Li; X. H. Li; X. Q. Li; X. H. Li; Y. Li; Y. Y. Li; Z. J. Li; H. Liang; J. H. Liang; Y. T. Liang; G. R. Liao; L. Z. Liao; Y. Liao; C. X. Lin; D. X. Lin; X. S. Lin; B. J. Liu; C. W. Liu; D. Liu; F. Liu; G. M. Liu; H. B. Liu; J. Liu; J. J. Liu; J. B. Liu; K. Liu; K. Y. Liu; K. Liu; L. Liu; Q. Liu; S. B. Liu; T. Liu; X. Liu; Y. W. Liu; Y. Liu; Y. L. Liu; Z. Q. Liu; Z. Y. Liu; Z. W. Liu; I. Logashenko; Y. Long; C. G. Lu; J. X. Lu; N. Lu; Q. F. Lü; Y. Lu; Y. Lu; Z. Lu; P. Lukin; F. J. Luo; T. Luo; X. F. Luo; H. J. Lyu; X. R. Lyu; J. P. Ma; P. Ma; Y. Ma; Y. M. Ma; F. Maas; S. Malde; D. Matvienko; Z. X. Meng; R. Mitchell; A. Nefediev; Y. Nefedov; S. L. Olsen; Q. Ouyang; P. Pakhlov; G. Pakhlova; X. Pan; Y. Pan; E. Passemar; Y. P. Pei; H. P. Peng; L. Peng; X. Y. Peng; X. J. Peng; K. Peters; S. Pivovarov; E. Pyata; B. B. Qi; Y. Q. Qi; W. B. Qian; Y. Qian; C. F. Qiao; J. J. Qin; J. J. Qin; L. Q. Qin; X. S. Qin; T. L. Qiu; J. Rademacker; C. F. Redmer; H. Y. Sang; M. Saur; W. Shan; X. Y. Shan; L. L. Shang; M. Shao; L. Shekhtman; C. P. Shen; J. M. Shen; Z. T. Shen; H. C. Shi; X. D. Shi; B. Shwartz; A. Sokolov; J. J. Song; W. M. Song; Y. Song; Y. X. Song; A. Sukharev; J. F. Sun; L. Sun; X. M. Sun; Y. J. Sun; Z. P. Sun; J. Tang; S. S. Tang; Z. B. Tang; C. H. Tian; J. S. Tian; Y. Tian; Y. Tikhonov; K. Todyshev; T. Uglov; V. Vorobyev; B. D. Wan; B. L. Wang; B. Wang; D. Y. Wang; G. Y. Wang; G. L. Wang; H. L. Wang; J. Wang; J. H. Wang; J. C. Wang; M. L. Wang; R. Wang; R. Wang; S. B. Wang; W. Wang; W. P. Wang; X. C. Wang; X. D. Wang; X. L. Wang; X. L. Wang; X. P. Wang; X. F. Wang; Y. D. Wang; Y. P. Wang; Y. Q. Wang; Y. L. Wang; Y. G. Wang; Z. Y. Wang; Z. Y. Wang; Z. L. Wang; Z. G. Wang; D. H. Wei; X. L. Wei; X. M. Wei; Q. G. Wen; X. J. Wen; G. Wilkinson; B. Wu; J. J. Wu; L. Wu; P. Wu; T. W. Wu; Y. S. Wu; L. Xia; T. Xiang; C. W. Xiao; D. Xiao; M. Xiao; K. P. Xie; Y. H. Xie; Y. Xing; Z. Z. Xing; X. N. Xiong; F. R. Xu; J. Xu; L. L. Xu; Q. N. Xu; X. C. Xu; X. P. Xu; Y. C. Xu; Y. P. Xu; Y. Xu; Z. Z. Xu; D. W. Xuan; F. F. Xue; L. Yan; M. J. Yan; W. B. Yan; W. C. Yan; X. S. Yan; B. F. Yang; C. Yang; H. J. Yang; H. R. Yang; H. T. Yang; J. F. Yang; S. L. Yang; Y. D. Yang; Y. H. Yang; Y. S. Yang; Y. L. Yang; Z. W. Yang; Z. Y. Yang; D. L. Yao; H. Yin; X. H. Yin; N. Yokozaki; S. Y. You; Z. Y. You; C. X. Yu; F. S. Yu; G. L. Yu; H. L. Yu; J. S. Yu; J. Q. Yu; L. Yuan; X. B. Yuan; Z. Y. Yuan; Y. F. Yue; M. Zeng; S. Zeng; A. L. Zhang; B. W. Zhang; G. Y. Zhang; G. Q. Zhang; H. J. Zhang; H. B. Zhang; J. Y. Zhang; J. L. Zhang; J. Zhang; L. Zhang; L. M. Zhang; Q. A. Zhang; R. Zhang; S. L. Zhang; T. Zhang; X. Zhang; Y. Zhang; Y. J. Zhang; Y. X. Zhang; Y. T. Zhang; Y. F. Zhang; Y. C. Zhang; Y. Zhang; Y. Zhang; Y. M. Zhang; Y. L. Zhang; Z. H. Zhang; Z. Y. Zhang; Z. Y. Zhang; H. Y. Zhao; J. Zhao; L. Zhao; M. G. Zhao; Q. Zhao; R. G. Zhao; R. P. Zhao; Y. X. Zhao; Z. G. Zhao; Z. X. Zhao; A. Zhemchugov; B. Zheng; L. Zheng; Q. B. Zheng; R. Zheng; Y. H. Zheng; X. H. Zhong; H. J. Zhou; H. Q. Zhou; H. Zhou; S. H. Zhou; X. Zhou; X. K. Zhou; X. P. Zhou; X. R. Zhou; Y. L. Zhou; Y. Zhou; Y. X. Zhou; Z. Y. Zhou; J. Y. Zhu; K. Zhu; R. D. Zhu; R. L. Zhu; S. H. Zhu; Y. C. Zhu; Z. A. Zhu; V. Zhukova; V. Zhulanov; B. S. Zou; Y. B. Zuo
• Keywords: Physics - Instrumentation and Detectors; exotic; Super Tau-Charm Facility; FOS: Physical sciences; GeV; nonperturbative; 7. Clean energy; 530; High Energy Physics - Experiment; High Energy Physics - Experiment (hep-ex); High Energy Physics - Phenomenology (hep-ph); [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]; structure; [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]; particle source; electron positron; new physics; strong interaction; Beijing Stor; Instrumentation and Detectors (physics.ins-det); High Energy Physics - Phenomenology; [PHYS.HPHE]Physics [physics]/High Energy Physics - Phenomenology [hep-ph]; hadron; 5106 Nuclear and Plasma Physics; 51 Physical Sciences; asymmetry; 5107 Particle and High Energy Physics

AbstractThe superτ-charm facility (STCF) is an electron–positron collider proposed by the Chinese particle physics community. It is designed to operate in a center-of-mass energy range from 2 to 7 GeV with a peak luminosity of 0.5 × 1035cm−2·s−1or higher. The STCF will produce a data sample about a factor of 100 larger than that of the presentτ-charm factory — the BEPCII, providing a unique platform for exploring the asymmetry of matter-antimatter (charge-parity violation), in-depth studies of the internal structure of hadrons and the nature of non-perturbative strong interactions, as well as searching for exotic hadrons and physics beyond the Standard Model. The STCF project in China is under development with an extensive R&D program. This document presents the physics opportunities at the STCF, describes conceptual designs of the STCF detector system, and discusses future plans for detector R&D and physics case studies.