Correction chromatique et collimation du transport de faisceau de TESLA O. Napoly, J. Payet

1. Correction chromatique et collimation du transport de faisceau de TESLAO. Napoly, J. Payet

2. Plan • TESLA Design Report (TDR) • Motivations • Les inconvénients du design actuel • La correction chromatique du NLC • Nouveaux schémas de correction chromatique • Schéma de correction du type NLC • Schéma de correction hybride • Le système de collimation • Conclusions

3. TESLA • Collisionneur e+ e-, de 250 GeV (400 GeV) • Destiné à la physique du boson de Higgs • Luminosité 3 10+34 cm2 s-1 • L = N1 N2 / (sxsyDt) • Dimensions @ IP (sx x sy ) 550 x 5 nm •  Corriger les aberrations

4. Luminosité et dimensions

5. chromaticité :ξ = l*/ β* IP waist β* Quadrupoles dans le champ du solénoïde détecteur Support du masque en Tungstène compliqué l* Correction de la chromaticité et l* Correction éloignée  peu efficace Réduire ξ diminuerl* TESLA Design Report (TDR) l*= 3 m

6. Augmenter l* Un design avec l*> 3 mprésente des avantages • Avantagesdu point de vue de l’acquisition : • Plus grande acceptance aux angles arrières • l* = 5m Le Doublet Final est sorti du calorimètre • moins de bruit dans le détecteur • Le masque de Tungstène est plus léger et son support plus simple • Avantagesdu point de vue de la machine : • l* = 5m Le Doublet Final est hors du champ du solénoïde détecteur • Conséquences : • Nouvelle optique pour la Focalisation Finale • Vérification de l’extraction du rayonnement synchrotron émis dans le Doublet Final (i.e. système de collimation) • Extraction du faisceau après interaction

7. Correction de la chromaticité du NLC Correction proposée par Pantaleo Raimondi et Andrei Seryi • Dx≠ 0dans le DF, • Dx= 0 ,D’x≠ 0 au point • d’interaction • Sextupoles de correction de ξ • dans le DF • Sextupoles de compensation des aberrations géométriques en amont • Paire Sextupoles :

8. Section de correction chromatique • Contraintes : • Longueur totale de l’ordre de 600 m • Préserver un espace libre de 250 m avant le point d’interaction • Deux approches : • Correction de x et y « à la NLC » : •  Deux paires de sextupoles entrelacées • Sextupole additionnel (+ octupoles, décapoles) • Correction x « à la TDR » + correction y « à la NLC » : •  Les paires de sextupoles ne sont pas entrelacées

9. Correction type NLC Fonctions optiques Grossissement d’émittance Luminosité Long = 600 m, 5 sextupoles 2 paires entrelacées {SD1,SD2}, {SF1,SF3} Dex = 5.6 10-14 < 10-11 m.rad à sE/E = 0.4 %, L/L0 = 0.86

10. Correction hybride Fonctions optiques Grossissement d’émittance Luminosité Long = 662 m, 4 sextupoles 2 paires non-entrelacées {SD1,SD2}, {SF1,SF2} Dex = 2.0 10-13 < 10-11 m.rad à sE/E = 0.4 %, L/L0 = 0.70

11. Espace de phase aux points d’émission Pour chaque énergie, les images des fentes sont transportées aux positions d’émission dans le DoubletFinal. Leurs points d’intersections déterminent le volume de l’espace de phase final, et sont pris comme origines des rayons. 6 collimateurs, DΨx,y = p/4 L’enveloppe du rayonnement synchrotron émis est défini par les rayons issus de tous les sommets du volume 4D, pour toutes les énergies (discrètes).

12. Transport au 1er ordre FFADA Au 1er ordre, les ouvertures des collimateurs sont en accord avec les prédictionsanalytique « on-momentum » -1.25 % < d < +1.25 % BETA Acceptance: ±0.6 % (« NLC ») ±0.9 % (Hybride)

13. Transport à tous les ordres en moment Optique « à la NLC » Un transport à tous les ordres en moment génère des distorsions de la trajectoire centrale et de la focalisation. Les fentes en énergie doivent être fermées pour conserver une bonne extraction du rayonnement synchrotron. -1.25 % < d < +1.25 % Optique Hybride

14. Conclusions Une nouvelle optique de la ligne de Focalisation Finale de TESLA avec l* = 5 m est possible, tout en respectant la contrainte de longueur du TDR, ~ 600 m. Deux solutions sont explorées, qui utilisent le schéma de correction de la chromaticité du NLC. Comparée au TDR, la luminosité obtenue est équivalente ou meilleure. L’étude de la collimation des particules « off-momentum » montre que l’ouverture des collimateurs en énergie doit être ~ 2 fois plus petites. Enfin, plusieurs optimisations sont encore nécessaires.

15. La ligne de transport du faisceau du TDR

16. Correction chromatique du TDR Longueur de 689 m, 250 m sans élément entre IP et Dump Deux paires de sextupoles non-entrelacées, ΔΨx = ΔΨy =  entre les sextupoles de chaque paires.

17. Correction type NLC : fonctions optiques • @ IP ’x = 10 mrad • Paramètres ajustables : • ax, ay à l’entrée du Doublet Final • hx au sextupole SF2

18. Correction type NLC : Luminosité

19. Correction type NLC : grossissement d’émittance

20. Correction hybride : fonctions optiques @ IP ’x = 2.6 mrad

21. Correction hybride : Luminosité

22. Correction hybride : grossissement d’émittance

23. Section de collimation du TDR Avance de phase, DΨx et DΨy, est de p/4 entre les collimateurs

24. Nouvelle section de collimation Section de collimation du TDR avec des modifications : • Changement de signe du 1er « bump » en dispersion • Deux collimateurs en énergie (ΔΨx = 2 entre les 2 collimateurs)

25. Transport au 1er ordre Au 1er ordre, les ouvertures des collimateurs sont en accord avec les prédictionsanalytique « on-momentum » FFADA -1.25 % < d < +1.25 % Fentesbetatron : gx = 1.8 mm gy = 0.7 mm BETA Fentes en énergies : gx = 1.8 mm (« NLC ») gx = 1.2 mm (Hybride) Acceptance: ±0.6 % (« NLC ») ±0.9 % (Hybride)

26. Ouvertures des collimateurs Optique « à la NLC » Fentes betatron : gx = 1.8 & 1.3 mm gy = 0.7 mm Fentes en énergie : gx = 0.8 mm Acceptance : -0.39 % , +0.52 % -1.25 % < d < +1.25 % Optique Hybride Fentes betatron : gx = 1.8 & 1.2 mm gy = 0.7 mm Fentes en énergie : gx = 0.9 & 0.7 mm Acceptance : -0.42 % , +0.57 %