Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20061 Les collisionneurs à moyen terme pour le groupe de travail: Test du Modèle Standard (MS) & au delà ILC International.

Présentation au sujet: "Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20061 Les collisionneurs à moyen terme pour le groupe de travail: Test du Modèle Standard (MS) & au delà ILC International."— Transcription de la présentation:

1 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20061 Les collisionneurs à moyen terme pour le groupe de travail: Test du Modèle Standard (MS) & au delà ILC International Linear Collider SLHC Super-LHC Grande précision Haute luminosité (énergie=LHC)

2 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20062 Plan de Présentation  Introduction sur SLHC et ILC  Pourquoi SLHC et ILC ?  R&D pour les détecteur à SLHC  Quel détecteur pour ILC ?  Activités du groupe ILC: aujourd’hui et demain?  Conclusion

3 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20063 SLHC Luminosité upgrade: 10 34 cm -2 s -1 (nominale LHC)  10 35 cm -2 s -1 (SLHC) en diminuant  l’intervalle de croisement de paquets du faisceau: 25ns  12.5ns  la taille du faisceau et augmentant l’intensité de paquets du faisceau Implications sur la machine: peu de changement sauf pour le système d’injection, la collimation, …  coût modéré Implications sur détecteurs ? taux d’irradiation et accumulation d’événements sensiblement augmentées  Important changement nécessaire pour la même performance que LHC  Besoin alors R&D Proton 7TeV Proton 7TeV P q,g /p P ≠DLHC: 14TeV  28TeV

4 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20064 ILC Programme R&D intensif et beaucoup de progrès depuis les années 1990 Activités mondiales coordonnées (Global Design Effort, GDE) Baseline Configuration Document prêt fin 2005 Reference Design Report & Detector Concept Report prévus pour fin 2006 Electron Positron Options: GigaZ (i.e. 10 9 Z @ √s~M z ) Collisions , e , e-e- (  Exposé de Marie) 2ème phase: Collision e+e- @ 1 TeV 500fb -1 /an 30-40 km Options: Baseline: Collisions e+e- jusqu’à 500GeV Faisceau e-/e+ polarisé ≥ 500fb -1 en 4 ans 2 points d’interaction prévus à 2 mrad & 20 mrad

5 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20065 Les Timelines Plausibles LHC: 2007 2010 2015 ILC: démarrage décision SLHC: Upgrade 2013 (Détecteur) R&D et fabrication démarrage base lumi  10 34 cm -2 s -1 GDE (  TDR) Construction (5-7ans) Machine & détecteur R&D Les dates peuvent être sensiblement modifiées par les 1 ers résultats de LHC

6 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20066 Questions fondamentales l’origine de la masse ? (EWSB, ElectroWeak Symmetry Breaking) l’unification de forces ? la composition & évolution de l’Univers ? Pourquoi (S)LHC & ILC ? Grand potentiel pour des découvertes importantes basées sur les données expérimentales actuelles et les arguments théoriques Boson Higgs SUSY (supersymétrie) Matière noire BIG BANG Température (K) Énergie (GeV) Temps 10 32 10 19 10 - 44 s 10 15 10 2 10 -10 s 10 -1 10 12 10 -5 s 10 -4 10 9 10 2 s 3×10 -10 3000 3×10 5 y 10 -12 15 10 9 y 2,3×10 -13 2,7 12×10 9 y

7 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20067 Pourquoi SLHC ? Luminosité/an: 100fb -1 (nominale LHC)  1000fb -1 (SLHC)  SLHC meilleur pour la précision & potentiel des découvertes 3000 fb -1 /5  3000fb -1 / 95%CL Exemple 1: Higgs (MSSM) Exemple 2: Squarks & Gluinos (mSUGRA) LHC SLHC DLHC

8 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20068 Pourquoi ILC ? E faisceau parfaitement connue & réglable Faisceau e+/e- polarisés Environnement propre & idéal  Découvertes (Higgs, SUSY, …)  Mesures de précision (masse,coulage,…) Exemple 1: Higgs (eg BR)  Satellites WMAP & Planck mesurent la densité de DM à 10% et 2% mais pas d’info sur la candidate ni sa masse  ILC bien meilleur que LHC  Connexion entre physique de particule, astrophysique, cosmologie à terascale Le meilleur scénario pour LHC Exemple 2: SUSY & Matière noire mHmHmHmH Mesure précise de BR permet de distinguer entre MS et MSSM

9 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 20069 Synergie ILC/(S)LHC ILC/(S)LHC complémentaire:  Grande précision permet des mesures précises & des découvertes indirectes au-delà de ECM  Haute énergie permet des découvertes directes à grande masse Ex 2: Mesure précise sur SUSY Ex 1: Unification des forces? M(GeV)  M LHC  M ILC  M LHC+ILC h110.80.250.05 22 180.74.71.20.08 1±1± 179.70.55 Squark q L 570.68.74.9 Slepton  1 134.8 5858 0.3 Spectre complète sur SUSY & le mécanisme de brisure supersymétrique Télescope à l’échelle d’unification /LHC

10 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200610 SLHC Détecteur Upgrade Nouvelle technologie, R&D indispensable Développement supplémentaire (pixels hybrides) Amélioration de la technologie existante Pas de changement (sauf pour électronique) mais Performance légèrement moins bonne que à LHC (+info sur calo ATLAS  V. Puill) R (cm) 20 60 Détecteurs à Trace Calorimètre Besoin de R&D  Détecteur vers l’avant: aussi besoin de R&D et changements, également le système de déclenchement niveau 1 & la DAQ

11 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200611 Défis à Réaliser un Détecteur (Quasi) Idéal à ILC  Détecteur de vertex: les saveurs lourdes b,c,t ~1/5 r, ~1/30 taille pixel (LHC),  Détecteur à trace: excellente résolution en P ~1/6 matériel, ~1/10 résolution (LHC),  Calorimètre: grande granularité ~1/200 (LHC)  Capacité d’identifier muons  Herméticité  Diagnostics précis d’état initial ( polarisation, lumi, énergie)  Particle Energy Flow: ~1/2 jet résolution (LHC) (1/10 LEP)

12 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200612 Quatre Concepts de Détecteur SiD (Sillicon Detector) LDC (Large Detector Concept) GLD (Global Large Detector) 4ème Élément \ ConceptSiD LDCGLD4ème Détecteur à traceSiliciumTPC Champ magnétique5T4T3T3.5T ECALSiW W/Scintillateur Scintillant & Cerenkov Autre différence: Taille, Muons: instrumented iron or double solenoid  R&D pour optimiser la performance & le prix et pour faire le choix Version évoluée de Tesla

13 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200613 Détecteur à Trace L’un des éléments clés pour - des découvertes, - des mesures de précision, - particle energy flow Activités du groupe depuis >5 ans: Dernier résultat sur les tests en faisceau de pion à KEK: Extrapolation à B = 4T:  t  100  m@2.5m drift & 2x6 mm pads 60  m@1m ’’ ’’ 4 GeV/c  + beam  ~0°,  ~0°, B=1T résolution spatiale σ 0 = (52±1)  m

14 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200614 Calorimétrie Événements multijets: tt bar : 6 jets; ZHH: 6-10 jets; Htt bar : 8-10 jets  Très fine segmentation en T & L  Résolution jet excellente Pour une même découverte: 30% (2 ans de prise de données) 40% (4,5 ans)

15 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200615 Groupe ILC-LAL dans CALICE: deux axes de R&D:  Prototype physique (en cours) - jusqu’à 10000 canaux - démontrer la performance physique - validation des outils de simulation - tests en faisceaux: DESY (05,06), CERN (06) & Fermilab (07)  Prototype technologique (EUDET) - démontrer la faisabilité du détecteur - R&D: électronique dans le détecteur ECAL HCAL Activités du groupe/Labo:  Électronique  Développement du software  Analyse de données de tests en faisceaux  Simulations et optimisation du détecteur E faisceau (GeV) Résolution ang. (mrad) Basé sur les données de test (DESY 05, avec seulement 14 couches actives)

16 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200616 Herméticité 20 mrad 2 m 20 cm BeamCal  Mesurer la luminosité, identifier ou rejeter des bruits de fond 2 mrad 4 m e  e Bruit de fond du MS: e.g. ee  ee , ee  ee  : Section efficace: ~10 6 fb @ 500GeV Si on rate e/  /  à petit angle, on confond le fond avec le signal ! Importance du Détecteur à Petit Angle Signal SUSY:  (  ): très mou si est petite  E manquante car  candidat de la matière noire, invisible dans le détecteur Section efficace: ~10fb @ 500GeV L’état final:

17 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200617 Activités MDI (Machine-Détecteur-Interface)  Simulation d’interaction faisceau-faisceau  Études sur la ligne d’extraction  Estimation de bruit de fond sur la physique & détecteur  Impact sur la configuration, conception et choix de machine et détecteur + for B=3T for B=4T for B=5T + + Paires atteignant le détecteur de vertex pour minimum r=15mm et des champs différents Limite de la déflection des paires  (rad) P t (GeV)

18 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200618 1ps Laser pulsé Faisceau d’électrons R&D Sur Polarimètre et Source de Positrons Polarisés  Polarimètre rapide pour aider optimiser la polarisation au point d’interaction & Précise  Source de positrons polarisés  Solution R&D 2005-2007 Polarimètre Source de e+ Puissance~10-100 mJ/pulse~0.1 J/pulse Taux de répétition~5 MHz~50-300 MHz Taille du faisceau ~100  m< 10  m pour permettre des mesures de précision

19 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200619 Prospective et Évolution du Groupe ILC-LAL Aujourd’hui:  Calorimètre CALICE  Activités croissantes  TPC  Peu nombreux mais visible  MDI (Machine Détecteur Interface)  Active  R&D sur polarimètre & source de e+ polarisé  Novatrice  Études de scénarios physiques  Quelques unes  Responsabilités en Europe/mondiales  Importantes (World Wide Study, GDE) Dans 5 ans:  Priorité du groupe?  A clarifier  Changer des activités?  Instruments à réaliser?  A renforcer  A continuer & nouvelles activités ?

20 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200620 Situation du Personnel du Groupe ILC-LAL Membre physiciens: 11 (  6,6 ETP) Post-doctorant (visiteur): 3 (2 MDI, 1 polarimètre) 1 nouveau calo (électronique) prévu Doctorant: 3 (1 calo, 1 MDI, 1 polarimètre) 1 nouveau calo prévu pour l’entrée  A court terme: bonne politique d’avoir beaucoup de post-docs & doctorants  A moyen et long terme: besoin de renfort (pour remplacer le départ en retraite) & Soutien technique:  électronique  mécanique  informatique

21 Z. ZhangBranville, 22-24 mai, 200621 Conclusion Nul doute que l’ILC (et SLHC) est indispensable pour avancer nos compréhensions sur l’origine de la masse la nature cachée d’espace et temps la composition et l’évolution de l’Univers Les questions sont  Quand et où l’ILC sera construit?  Convaincre les politiciens et citoyens  Sommes nous prêts pour construire la machine & les détecteurs?  Plus d’idées, de moyens et efforts pour R&D