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