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 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004
Contexte  Recommandation récente froide de l’ITRP Regroupement très actif des communautés d’Asie, d’Europe et des USA pour construire un ILC froid  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 Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

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

4 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004
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 …) Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

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

6 Mesure et monitoring de la polarisation
 Fabian Zomer Philip Bambade 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 Philip Bambade 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/ ~ 10 mrad P.B., M. Berggren, F. Richard, Z. Zhang hep-ph/ ee   0   ee  (e)(e)    ~ 10 fb  ~ fb Analyse   ~ 1 fb  ~ 600 fb Analyse + veto   ~ 1 fb  ~ 0.7 fb m  -   5 GeV ~ veto ~ 0.999 S / N ~ 1 Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

9 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004
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 Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

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

11 Quel angle de croisement ?
ILC chaud c [mrad]  , 7 ILC froid c [mrad]  , 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 Philip Bambade 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) Philip Bambade 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)  mm d’extension à QF dans des “conditions réalistes” Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

14 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004
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 Philip Bambade 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 Philip Bambade 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 idéal cas “réaliste” Bhabha radiatifs  2.2 W Tolérance dans QD : 3W/m (?)  feedback horizontal semble nécessaire ! Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

17 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004
EuroTeV / ILPS/ BBSIM Personnels LAL : P. B., G. Le Meur, F. Touze Financement C.E. : 24 personne-mois (niveau post-doc) (+ 12 k€ missions 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) Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

18 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004
EuroTeV / ILPS/ PCDL Personnels LAL : P. B., B. Mouton Financement C.E. : 24 personne-mois (niveau post-doc) (+ 12 k€ missions 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) Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

19 Conseil scientifique du LAL 8/10/2004
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 Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004

20 Dépolarisation faisceau-faisceau :
Effet total ~  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 Philip Bambade Conseil scientifique du LAL 8/10/2004