Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Tests Crab Waist & SuperB A.Variola SFR JA 09 Roscoff, France, Octobre 2009.

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1 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Tests Crab Waist & SuperB A.Variola SFR JA 09 Roscoff, France, Octobre 2009

2 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Cas de physique: la nouvelle usine a b doit avoir une luminosité 100 fois plus grande de PEP et KEKB!!!!!! : 1) on y va avec les gros moyens (et difficultés…) : 10 A, focalisation forte, crab cavity…. 2) On trouve une astuce…. Donc, qui sont les grands ennemis de la luminosité au point dinteraction (IP)? -Effet sablier (Hourglass) => T > z [Taille] -Disruption (pinch effect) [frep] -Collision parasite [emittance/tune] -Avec angle de collision => Couplage, beta-beta / beta synchro [emittance/tune] z Overlap area @ IP y * y

3 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Grand angle de Piwinski Transformation Crab Waist Petite surface dintersection Emittances très réduites Très petit lIP Un encore plus petit c'est possible Pas dinteraction parasites Pas de résonances x-z!!!!!!!! Principe : focalisation plus forte à l IP + grand angle de Piwinski (LPA)[ ] + deux sextupoles/anneau pour twister le waist du faisceau au point dinteraction (CW) Astuce: Une nouvelle idée pour la collision (LPA & CW) P.Raimondi, 2° SuperB Workshop, March 2006

4 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Le Schéma Crab waist 1)Un seul passage : haute valeur D (disruption) par les effet faisceau-faisceau (pinch) = petits x, y 2)Le faisceau a réutiliser dans un anneaux de stockage pour maximiser f rep «petit» D Échanger x avec z avec langle de croisement Ce schéma permet de travailler avec un bêta très petit Mais : il introduit résonances B(x)-B(y) et S(z)-B(x,y) (fort couplage des coordonnées). «Crab Waist pensaci tu…» («Fais quelque chose pour moi…») Pour une luminosité plus élevée 3)Pour réduire D en même temps que x, y il faut également un petit z

5 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Petite surface de collision : x / Mais langle introduit des résonances !!!! Cest comme avoir un Qpole focalisant dans les deux plans, avec un tilt x/z…. CRAB WAIST : Le waist vertical doit être une fonction de x: sextupole in phase avec le IP in X et a /2 in Y ( il porte aussi une petite augmentation de la luminosité ) WEAK-STRONG

6 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Cas typique (KEKB, DA NE): 1. faible angle de Piwinski < 1 2. y comparable à z Avec Crab Waist : 1. grand angle de Piwinski >> 1 2. y comparable à x / Luminosité beaucoup plus élevée!D.Shatilovs (BINP), ICFA08 Workshop Suppression x-y résonance in LPA&CW

7 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Schéma: Permet des très petites et il évite les résonances Le nouveau schéma a été testé sur DAFNE

8 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Tests DAFNE 1.Respecte léchéancier de DA NE (clôture pour linstallation de SIDDHARTA à la mi-2007) 2.Satisfait aux nouveaux programmes de physique (SIDDHARTA, KLOE2, FINUDA...) 3.Petites modifications nécessaires 4.Coûts relativement bas (1 mln euro) 1.Pas de champ solenoidal du detecteur 2.Pas daimants séparateurs 3.Pas de bobines de compensation 4.Pas de collisions parasites 5.Faible impedance (IR simple, nouveaux soufflets, nouveaux kickers dinjection) pour la dynamique du faisceau pour les programmes de physique Cerise sur le gâteau

9 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France DA NE (KLOE run) DA NE Upgrade I bunch (mA)13 N bunch 110 y * (cm)1.80.85 x * (cm)16026 y * ( m)5.4 low curr3.1 x * ( m)700260 z (mm)2520 Horizontal tune shift 0.040.008 Vertical tune shift0.040.055 cross (mrad) (half)12.525 Piwinski 0.452.0 L (cm -2 s -1 )1.5x10 32 5x10 32 DA NE (KLOE run) DA NE Upgrade PROFILES FAISCEAU @IP ET NOUVEAUX PARAMETRES Une luminosité 3 fois plus grande obtenue avec un faisceau plus petit dans la dimension verticale

10 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France New Experimental Interaction Region

11 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Aluminium Epaisseur fenêtre 0,3 mm IP 5.5cm

12 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Le Crab Waist marche : premières preuves expérimentales Taille du faisceau Craboff CrabOn Deux detecteurs de lumi Craboff Crabon

13 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Luminosité [10 28 cm -2 s -1 ] y=18mm, Pw_angle=0.6 y=9mm, Pw_angle=1.9 y=25mm, Pw_angle=0.3 Rien que LPA donne plus de luminosité Données moyennes sur une journée entière Résultats de luminosité

14 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Luminosité normalisée [10 28 cm -2 s -1 ] y=18mm, Pw_angle=0.6 y=9mm, Pw_angle=1.9 y=25mm, Pw_angle=0.3 Mêmes dimensions du faisceau et luminosité normalisée à faible courant avec et sans Crab Sextupoles

15 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France y (max)=0.042 Les deux meilleurs résultats

16 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Luminosité normalisée avec ou sans Crab Luminosité normalisée avec ou sans Crab

17 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France 1978198 1.31E+32 Jan. 9 th 2009 487472 1.01E+32 Jan. 19 th 2009 Courants faibles y ~ 0.020 Courants asymétriques y ~ 0.0626 Luminosité en régime weak-weak et weak-strong

18 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Le schéma a été démontré et est prêt pour une nouvelle machine à haute luminosité.

19 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Caractéristiques principales de SuperB Objectif : maximiser la luminosité tout en gardant une faible consommation de puissance Design avec 2 anneaux (4x7 GeV): flexible Optique -> ultra low emittance: 7x4 pm vertical emittance Courants des faisceaux: comparable aux usines actuellesCourants des faisceaux: comparable aux usines actuelles Projet LPA & CW scheme utilisé pour maximiser la luminosité et minimiser laugmentation de la taille du faisceau Pas dutilisation donduleurs (réduction de la consommation dénergie) Design basé sur le recyclage du hardware PEP-II (réduction des coûts) Polarisation longitudinale pour e - dans le HER (sans precedents)

20 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Comparaison entre SuperB et Super-KEKB ParamètreUnitésSuperBSuper-KEKB EnergieGeV4x73.5x8 Luminosité 10 36 / cm 2 /s 1.0 to 2.00.5 to 0.8 Courants faisceaux A1.9x1.99.4x4.1 y *mm0.223. x *cm3.5x2.020. angle de croisement mrad48.30. to 0. Puissance RF (AC line) MW20 to 2580 to 90 Tune shifts(x/y)0.0004/0.20.27/0.3 Une luminosité 100 fois plus élevée obtenue seulement avec un faisceau plus petit en vertical Super-KEKB SuperB

21 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France LER/HERUnitJuin 2008Jan. 2009Mars 2009Version LNF E+/E-GeV4/7 Lcm -2 s -1 1x10 36 I + /I - Amp1.85 /1.852.00/2.002.80/2.802.70/2.70 N part x10 10 5.55 /5.556/64.37/4.374.53/4.53 N bun 1250 24001740 I bunch mA1.481.61.171.6 mrad2530 x *mm35/20 y *mm0.22 /0.390.21 /0.37 x nm2.8/1.6 y pm7/4 x m9.9/5.7 y nm39/3938/38 z mm5/5 x X tune shift0.007/0.0020.005/0.0017 0.004/0.001 3 y Y tune shift0.14 /0.140.125/0.1260.091/0.0920.094/0.095 Stations RFLER/HER5/6 5/86/9 Puissance RFMW16.21825.530. Circonférencem1800 1400 Flexibilité des paramètres de SuperB

22 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Extension des tests DAFNE à la machine SuperB TEST on the beam-beam effect codes 1) weak-strong ok 2) strong-strong ok

23 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France K. Ohmi Simulations faisceau-faisceau strong-strong => Check Dafne positif !!!!!! Une luminosité de 10 36 peut être atteinte Code modifié strong-strong (beaucoup plus rapide): PIC dans la zone de recouvrement des faisceaux gaussian aux limites June 08 lattice

24 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France SPARX-I Linac SuperB SPARX- II Det. Hall Anneaux SuperB C = 1.8 km Choix du site de SuperB site S. Tomassini C = 1.4 km Det. Hall Injecteur Campus de luniversité de Tor Vergata : - zone verte - synergies avec le projet SPARX-FEL Laboratoires nationaux de Frascati : - infrastructures - synergies avec le projet SPARX-FEL toujours possibles

25 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Conclusions Le test sur DA NE ont montré que le programme LPA&CW marche ! Le simulations weak-strong et strong-strong confirment lexpérience DAFNE => extension à SuperB Loptimisation des paramètres deSuperB (environ 1 x 10 36 cm -2 s -1 ) est en cours Mini-MAC a approuvé le design de la machine: «Maintenant Mini-MAC encourage de manière enthousiaste léquipe chargée du design de SuperB à procéder à la phase TDR et il est confiant que le paramètres du design pourront être atteints.» (avril 2009) La phase planning pour la remise du Technical Design Report avant fin 2010 a débutée Gouvernement italien => 15 MEuros pour la phase TDR Machine polarisée Forte corrélation avec LC PROJET TRES INTERESSANT qui réuni tous les défis de la physique des accélérateurs et toutes les nouvelles idées…..

26 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Nouveau design IR M. Sullivan Nouveau design QD0 QD0 & QF1 sont SC et partagent le même cryostat Des bobines de compensation ont été incluses

27 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France M. E. Biagini, M. Boscolo, A. Drago, S. Guiducci, M. Preger, P. Raimondi, S. Tomassini, C. Vaccarezza, M. Zobov (INFN/LNF, Italy) K. Bertsche, Y. Cai, A. Fisher, S. Heifets, A. Novokhatski, M.T. Pivi, J. Seeman, M. Sullivan, U. Wienands, W. Wittmer (SLAC, US),T. Agoh, K. Ohmi, Y. Ohnishi (KEK, Japan), I.Koop, S. Nikitin, E. Levichev, P. Piminov, D. Shatilov (BINP, Russia) A. Wolski (Cockcroft, UK) M. Venturini (LBNL, US) S. Bettoni (CERN, Switzerland) A. Variola (LAL, France) E. Paoloni, G. Marchiori (Pisa University, Italy) D. Alesini, M. E. Biagini, R. Boni, M. Boscolo, A. Clozza, T. Demma, A. Drago, M. Esposito, Gallo, S. Guiducci, V. Lollo, G. Mazzitelli, C. Milardi, L. Pellegrino, M. Preger, P. Raimondi, R. Ricci, C. Sanelli, G. Sensolini, M. Serio, F. Sgamma, A. Stecchi, A. Stella, S. Tomassini, C. Vaccarezza, M. Zobov (INFN/LNF, Italy) K. Bertsche, A. Brachmann, Y. Cai, A. Chao, DeLira, M. Donald, A. Fisher, D. Kharakh, Krasnykh, N. Li, D. MacFarlane, Y. Nosochkov, A. Novokhatski, M. Pivi, J. Seeman, M. Sullivan, U. Wienands, J. Weisend, W. Wittmer, G. Yocky (SLAC, US) A.Bogomiagkov, S. Karnaev, I. Koop, E. Levichev, S. Nikitin, I. Nikolaev, I. Okunev, P. Piminov, S. Siniatkin, D. Shatilov, V. Smaluk, P. Vobly (BINP, Russia) G. Bassi, A. Wolski (Cockroft Institute, UK) S. Bettoni, D. Quatraro (CERN, Switzerland) M. Baylac, J. Bonis, R. Chehab, J. DeConto, Gomez, A. Jaremie, G. Lemeur, B. Mercier, F. Poirier, C. Prevost, C. Rimbault, Tourres, F. Touze, A. Variola (CNRS, France) A. Chance, O. Napoly (CEA Saclay, France) F. Bosi, E. Paoloni (Pisa University, Italy) TDR CDR SuperB Collaboration Team

28 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Backup slides

29 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France HER with spin rotator Introduced spin rotators on both sides of IP in HER to provide longitudinal polarized electrons at IP and maintain the chromatic characteristic of the original design necessary for the crab waist scheme, band width and dynamic aperture Bends have opposite sign w.r.t. IP for spin transparency condition W. Wittmer New rings layout

30 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Polarization in HER U. Wienands Spin rotator with solenoids and bends Polarization of one beam is included –either energy beam could be polarized –LER less expensive, HER easier (HER was chosen) Longitudinal polarization times and short beam lifetimes indicate a need to inject vertically polarized electrons –plan is to use SLC polarized e - gun There are several possible IP spin rotators: –solenoids look better (vertical bends give unwanted vertical emittance growth) Expected longitudinal polarization at IP ~ 85%(inj) x 95%(ring) = 80%(effective)

31 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France SuperB Injector layout 4 GeV 7 GeV F LINAC = 2856 MHz R. Boni

32 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France L mag (m)0.455.4 PEP HER-194 PEP LER194- SBF HER-130 SBF LER22418 SBF Total224148 Needed300 Dipoles L mag (m)0.560.730.430.70.4 PEP HER20282--- PEP LER--353-- SBF HER165108-22 SBF LER8810816522 SBF Total25321616544 Needed51*134044 Quads Available Needed All PEP-II magnets can be used, dimensions and fields are in range RF requirements are met by the present PEP-II RF system L mag (m)0.250.5 PEP HER/LER188- SBF Total3724 Needed1844 Sexts Layout: PEP-II magnets reuse

33 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France Both have endorsed the project for Physics program and accelerator feasibility SuperB exploits new design approaches: –large Piwinski angle (LPA) scheme allowing for peak luminosity 10 36 cm -2 s -1 well beyond the current state-of-the-art, without a significant increase in beam currents or shorter bunch lengths –crab waist sextupoles used for suppression of dangerous resonances –low currents, with affordable operating costs and fewer detector backgrounds –polarized electron (positrons?) beam producing polarized leptons, opening an entirely new realm of exploration in lepton flavor physics A CDR was published in 2007, a TDR ready by end 2010 SuperB project scrutinized by International Review Committee (chair J. Dainton, 9 members), accelerator by a MiniMachine Advisory Committee (chair J. Dorfan, 10 members) The SuperB accelerator for flavour physics

34 Alessandro Variola SFP 2009, Roscoff-France And so……………………