Interface détecteur-machine du collisionneur linéaire

Philip Bambade

Présentation au conseil scientifique8 octobre 2004

Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

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Contexte Recommandation récente froide de l’ITRP Regroupement très actif des communautés d’Asie,

d’Europe et des USA pour construire un ILC froid formation du Global Design Initiative (GDI) 1ère réunion (< 120 participants) 13-15/11à KEK Coordination mondiale des études détecteur

proto-collaboration 2

proto-collaboration 1 GDI (machine)MDI

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EuropeanDesignGroup

USDesignGroup

Int.DesignGroup AsianDesignGroup

Étude de conception du LC : EuroTeV

EUROTeVWork Packages

Beam Delivery System

Damping Rings

Diagnostics

Metrology &

Stabilisation

Global Accelerator

Network

IntegratedLuminosity

PerformanceStudies

Polarised Positron Source

ILC & CLIC(tout sauf le linac)

6ème programme-cadre de la C.E.

Soutien infrastructures de recherche

Financement : 11 9 M€ sur 3 ans

N.Walker

MDI

MDI

MDI

MDI

LAL: HEPOL

LAL: BBSIM,PCDL

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main linacbunchcompressor

dampingring

source

pre-accelerator

collimation

final focus

IP

extraction& dump

KeV

few GeV

few GeVfew GeV

250-500 GeV

système ouvert

“the experimentstarts at the gun”

MDI : impact détecteur machine vice versa 1. mesures précises énergie & polarisation

2. instrumentation très à l’avant luminosité, herméticité (veto)… 3. bruits de fond faisceau évaluation, impact, réduction

4. zone d’interaction : p.ex. quel angle de croisement ?

(RELIÉ : dessin optique – corrections statiques et dynamiques –

simulation “réaliste” – instrumentation – collimation – engineering …)

polarimeterspectrometermaskingluminometer

spin rotator

N.Walker

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Reconstruction précise < ECM >

mtop, mhiggs 2 10-4

mW 5 10-5erreur

reconstruction seuil top

analyse combinée processus de physique mesures faisceau

pincement, disruption, leptons, hadrons...

1.5 / e 360 kW

Bhabha

linacISR

beamstrahlung ~ 3 – 4 %

acolinéarité : s’/s =

BPMs

calibration absolue (monitoring)

ee Z, Ebhabha

largeur linaccorrélations

1. stratégie géné.2. instrumentation

B/B ~ 2 10-5 BPM ~ 100 nm

S.Boogert

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Mesure et monitoring de la polarisation

Fabian Zomer

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Région très à l’avant du détecteur

TESLA head-on TESLA c = 20 mrad

GeV / cm2 GeV / cm2

- Luminomètre rapide (paires ee : 320 TeV)- Veto pour ee (e)ell- Halo: protection ultime- Rétro-diffusion de paires- Éviter impacts directs de synchrotron quadrupoles

ECAL

LumiCAL

BeamCAL

HCAL

QUAD

K. Büsser

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BeamCAL : veto efficace pour les électrons

ee 0 0 ee (e)(e)

~ 10 fb ~ 106 fb

Analyse ~ 1 fb ~ 600 fb

Analyse + veto ~ 1 fb ~ 0.7 fb

veto ~ 0.999

S / N ~ 1

10 mrad

m - 5 GeV

~

M. Battaglia et al. hep-ph/0306219

P.B., M. Berggren, F. Richard, Z. Zhang hep-ph/0406010

~

Z. ZhangMotivation matière noire SUSY sleptons et neutralinos quasi-dégénérés en masse (scénario de co-annihilation)

Étude des avec m - 3 – 9 GeV

c 20 mrad reconstruction moins bonne : 2ème trou, plus de paires ee

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Bruit de fond : exemple des paires ee dans le détecteur de vertex

e

e

105 paires ee de ~ 3 GeV réel-réel (Bethe-Wheeler) réel-virtuel (Bethe-Heitler) virtuel-virtuel (Landau-Lifshitz)déflection / oscillation dans le champ du paquet

BH et BW

R 1.5cm

processus QED

[rad]

Pt[GeV]

K. BüsserD. Schülte

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W [GeV]

( )b

2.1 0.370{1 0.01[ln( )] 1.96 }s s

Assume constant for 0.3 1.5s GeV

T. Barklow

hadrons Bruit de fond

~ 0.25 pour W 5 GeV~ 0.75 pour W 2m

TESLA : evts hadroniques / croisement

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Quel angle de croisement ? ILC chaud c [mrad] 20 , 7

Avantages angle ~ 20 mrad i. 2ème spectromètre / polarimètre post-IP plus facile / possibleii. Transport faisceau / beamstrahlung après collision plus facileiii. Séparateurs électrostatiques (géants) pas nécessairesiv. Exigences sur la collimation en amont moins sévères

Désavantages i. Indispensable compenser l’effet du solénoïde : ~1% de Bz xii. Bruit de fond faisceau augmentés et assymétriquesiii. Détérioration de la fonction de veto à petit angleiv. Quadripôles (supraconducteurs) miniatures (~10cm)v. “Crab-crossing” : timing des cavités RF et complexité des réglages

ILC froid c [mrad] 20 , 7 , (2 , 0.6) , 0 choix ITRP

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2 zones d’interaction (une pour coll. option future)

TESLA34 mrad

&(quasi)head-on

GLC30 mrad

&7 mrad

NLC30 & 20 mrad

Maximiser le potentiel avec 2 solutions comportant des risques différents

IR1 (angle nul ou petit) IR2 (angle grand)

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Étude pour TESLA à Ecms = 500 GeV

l*=4.1m

1m

1.5m

optical transfer

QD (r=24mm) QF (r=7mm)

2 mrad

IP sortie de QD : R22 = 3

Beamstrahlung : 2 mrad 2x’ du faisceau sortant (2 0.5 mrad)

10-16 mm d’extension à QF dans des “conditions réalistes”

R.ApplebyP.B.

B.MoutonO.Napoly

D.Kalinin-AngalJ.Payet

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Solution inspirée de :

adapté TESLA si c 21 mrad

• crab-crossing très modeste (15%) (crab-crossing dispersif partiel)• pas de mini-quad supraconducteur• pas de séparateurs électrostatiques• extraction moins contrainte• effets négligeables sur l’herméticité et sur les bruits de fond • spectrométrie & polarimétrie post-IP peut-être possibles

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Perte de luminosité sans crab-crossing

L/L0

2[mrad]calcul géométrique 0.88

~ 0.85

P.B.G.LeMeurO.NapolyF.Touze

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P.B.B.MoutonO.Napoly

Étude préliminaire de l’extraction

P.B.R.Appleby

P.B.R.Appleby

cas idéal cas “réaliste”

Bhabha radiatifs 2.2 WTolérance dans QD : 3W/m (?) feedback horizontal semble nécessaire !

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EuroTeV / ILPS/ BBSIMPersonnels LAL : P. B., G. Le Meur, F. TouzeFinancement C.E. : 24 personne-mois (niveau post-doc) (+ 12 k€ missions + 3.5 k€ matériel)

- simulation interaction faisceau-faisceau- état des lieus logiciels existants (guinea-pig et cain)- prédiction luminosité, observables utilisées pour monitorer les performances, résolution en énergie et dépolarisation- incertitudes algorithme / description processus physique

Collaborateurs: D. Schülte (CERN) / EuroTeV A. Faus-Golfe (Valencia) / accord bilatéral IN2P3-CYCIT (?) O. Napoly (Dapnia)

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EuroTeV / ILPS/ PCDLPersonnels LAL : P. B., B. MoutonFinancement C.E. : 24 personne-mois (niveau post-doc) (+ 12 k€ missions + 3.5 k€ matériel)

- conception et simulation de différents schéma d’extraction- possibilités d’installer des diagnostics adéquats- comparaison et évaluation des performances- simulation de la zone d’interaction

Collaborateurs: A. Ferrari / T. Ekelöf (Uppsala) / EuroTeV G. Blair (Londres) / programme Alliance MAE / Brittish Council (?) R. Appleby (Daresbury) / ECFA-MDI / visiteur au LAL 3.5 mois O. Napoly (Dapnia) (V. Drugakov (Minsk) / ECFA-MDI / visiteur au LAL 1 mois)

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Conclusions début d’activité LC / MDI au LAL groupe MDI mondial en train de se structurer et de se

positionner (même de se définir…) financement EuroTeV : 48 personne-mois collaboration avec le Dapnia + d’autres groupes en Europe possibilité de collaboration avec DESY-Zeuthen sur la

conception du BeamCAL (en discussion…) Soutien du conseil scientifique en vue d’une participation

significative du LAL à la conception de l’ILC et à la préparation du programme expérimental via le MDI

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Dépolarisation faisceau-faisceau :Effet total ~ 3 - 4 effet pondéré par la lumi.

K. Mönig

• Précision sur la polarisation ~ (2.5 – 5) 10-3

• Polarimètre post-IP : mesure l’effet faisceau-faisceau• Corrélations : polarisation, intensité, alignement

mrad50 if P,S 0P,S

xx

x

x

0.0025

0.008