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Interface détecteur-machine du collisionneur linéaire

Interface détecteur-machine du collisionneur linéaire. Philip Bambade Présentation au conseil scientifique 8 octobre 2004. Contexte.  Recommandation récente froide de l’ITRP Regroupement très actif des communautés d’Asie, d’Europe et des USA pour construire un ILC froid

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Interface détecteur-machine du collisionneur linéaire

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  1. Interface détecteur-machine du collisionneur linéaire Philip Bambade Présentation au conseil scientifique 8 octobre 2004

  2. 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 MDI proto-collaboration 1 GDI(machine) proto-collaboration 2 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  3. Étude de conception du LC : EuroTeV EUROTeV Work Packages 6ème programme-cadre de la C.E. Soutien infrastructures de recherche Financement : 11  9 M€ sur 3 ans Damping Rings Global Accelerator Network Beam Delivery System ILC & CLIC (tout sauf le linac) IntegratedLuminosity PerformanceStudies LAL: BBSIM,PCDL MDI Diagnostics LAL: HEPOL MDI Polarised Positron Source Metrology & Stabilisation MDI MDI Conseil scientifique du LAL 8/10/2004 N.Walker

  4. système ouvert  “the experiment starts at the gun” N.Walker polarimeter spectrometer masking luminometer spin rotator 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 …) Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  5. BPMs Reconstruction précise < ECM >  analyse combinée processus de physique  mesures faisceau mtop, mhiggs 2  10-4 reconstruction seuil top erreur  mW 5  10-5 S.Boogert 1.5  / e  360 kW calibration absolue (monitoring) B/B ~ 2  10-5 BPM ~ 100 nm pincement, disruption, leptons, hadrons... linac ISR beamstrahlung  ~ 3 – 4 % ee  Z, Ebhabha largeur linac corrélations Bhabha  1. stratégie géné. 2. instrumentation acolinéarité : s’/s = Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  6. Mesure et monitoring de la polarisation  Fabian Zomer Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  7. Région très à l’avant du détecteur ECAL HCAL LumiCAL QUAD BeamCAL K. Büsser GeV / cm2 GeV / cm2 - Luminomètre rapide (paires ee : 320 TeV) - Veto pour ee  (e)ell - Halo: protection ultime - Rétro-diffusion de paires - Éviter impacts directs de synchrotron quadrupoles TESLA head-on TESLA c = 20 mrad Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  8. BeamCAL : veto efficace pour les électrons Z. Zhang Motivation  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 ee M. Battaglia et al. hep-ph/0306219 ~ 10 mrad P.B., M. Berggren, F. Richard, Z. Zhang hep-ph/0406010 ee   0  0ee  (e)(e)    ~ 10 fb ~ 106 fb Analyse  ~ 1 fb ~ 600 fb Analyse + veto  ~ 1 fb ~ 0.7 fb m  -   5 GeV ~ veto ~ 0.999 S / N ~ 1 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  9. Bruit de fond : exemple des paires ee dans le détecteur de vertex R  1.5cm 105 paires ee de ~ 3 GeV réel-réel (Bethe-Wheeler) réel-virtuel (Bethe-Heitler) virtuel-virtuel (Landau-Lifshitz) déflection / oscillation dans le champ du paquet processus QED e e Pt[GeV] BH et BW [rad] D. Schülte K. Büsser Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  10. Bruit de fond T. Barklow Assume constant for W [GeV] ~ 0.25 pour W  5 GeV ~ 0.75 pour W  2m TESLA : evts hadroniques / croisement  Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  11. Quel angle de croisement ? ILC chaud c [mrad]  20 , 7 ILC froid c [mrad]  20 , 7 , (2 , 0.6) , 0  choix ITRP Avantages angle ~ 20 mrad • 2ème spectromètre / polarimètre post-IP  plus facile / possible • Transport faisceau / beamstrahlung après collision  plus facile • Séparateurs électrostatiques (géants) pas nécessaires • Exigences sur la collimation en amont moins sévères Désavantages • Indispensable compenser l’effet du solénoïde : ~1% de Bz  x • Bruit de fond faisceau augmentés et assymétriques • Détérioration de la fonction de veto à petit angle • Quadripôles (supraconducteurs) miniatures (~10cm) • “Crab-crossing” : timing des cavités RF et complexité des réglages Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  12. 2 zones d’interaction (une pour coll.   option future) TESLA 34 mrad & (quasi) head-on NLC 30 & 20 mrad GLC 30 mrad & 7 mrad Maximiser le potentiel avec 2 solutions comportant des risques différents  IR1 (angle nul ou petit)  IR2 (angle grand) Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  13. Étude pour TESLA à Ecms = 500 GeV QD (r=24mm) QF (r=7mm) R.Appleby P.B. B.Mouton O.Napoly D.Kalinin-Angal J.Payet 1.5m 2 mrad l*=4.1m 1m  optical transfer IP  sortie de QD : R22 = 3 Beamstrahlung : 2 mrad  2x’ du faisceau sortant (2  0.5 mrad)  10-16 mm d’extension à QF dans des “conditions réalistes” Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  14. Solution inspirée de : adapté TESLA si c  21 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 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  15. Perte de luminosité sans crab-crossing L/L0 P.B. G.LeMeur O.Napoly F.Touze ~ 0.85 2[mrad] calcul géométrique  0.88 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  16. Étude préliminaire de l’extraction P.B. B.Mouton O.Napoly P.B. R.Appleby P.B. R.Appleby cas “réaliste” cas idéal Bhabha radiatifs  2.2 W Tolérance dans QD : 3W/m (?)  feedback horizontal semble nécessaire ! Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  17. EuroTeV / ILPS/ BBSIM Personnels LAL : P. B., G. Le Meur, F. Touze Financement 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) Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  18. EuroTeV / ILPS/ PCDL Personnels LAL : P. B., B. Mouton Financement 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) Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  19. 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 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

  20. Dépolarisation faisceau-faisceau : Effet total ~ 3 - 4  effet pondéré par la lumi. K. Mönig 0.008 0.0025 Précision sur la polarisation ~ (2.5 – 5)  10-3 Polarimètre post-IP : mesure l’effet faisceau-faisceau Corrélations : polarisation, intensité, alignement Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

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