Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 1 Petit Préambule ILC : collisionneur e + e – ILC : collisionneur e + e –. Une sorte de LEP, mais.

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1 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 1 Petit Préambule ILC : collisionneur e + e – ILC : collisionneur e + e –. Une sorte de LEP, mais linéaire et fonctionnant à plus haute énergie, dont le but est la physique de précision (mesure au  %). Cela doit permettre de préciser les modèles théoriques, y compris ceux qui décrivent les processus nouveaux qui pourraient être observés au LHC La physique nécessite de très bien mesurer la direction et l’énergie des jets, ce qui n’est pas le but premier des détecteurs LHC. De plus il faut être meilleur sur les jets que les expériences LEP. Il faut donc un détecteur à la fois différent du LEP et différent du LHC  Le ILC est une machine de mesures de précision des interactions de particules au TeV  Le détecteur pour le ILC est spécifique et doit être optimiser sur la base d’un paradigme nouveau ICFA : International Committee for Future AcceleratorILCSC : ILC Steering Committee GDE : Global Design Effort (manage machine R&D for the ILC) WWS : World Wide Study (physics and detector for ILC)‏ LOI : Letter of IntentEDR : Enginering Desing Report

2 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 2 EUDETEDHCAL ILD I nternational L inear collider D etector (LDC,GLD)‏ LOI pour fin 2008, EDR pour 2010 Travail d’ingénieurs (intégration, design, simulation, …)‏ Travail physiciens d’études des performances selon la géométrie Prototype 1 er génération FINI Novembre 2007 TB et analyse 60 Mi d’interactions (e+,e-,p,  ± 10-80 GeV), 25Tbytes Il reste 1-2 ans de TB a FNAL pour finaliser European DETector for ILC studies (contrat I3), 2006-2009 European DHCAL, contrat ANR, 2006-2009 ATF2 A ccelerator T est F acility-v 2 Travail physiciens portant sur la simulation du bruit de fond machine avec GEANT4 en fonction du MDI, validation avec ATF2 (mesure de fond)‏ Calorimétrie: design, prototype, mise en faisceau, analyse Détecteur pour l’ILC Design général, simulation, étude des performances attendues Etude des bruits de fond à l’interaction Simulation GEANT4 Validation des simulations

3 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 3 13 pays, 45 laboratoires, 225 physiciens/ingénieurs, La physique sur le ILC demande une reconstruction des évènements comme dans les « chambres à bulles », car c’est idéal pour reconstruire proprement les jets…et donc d’effectuer une sélection propre des états finals (e+e- en)‏ ZZ, WW, ZH, ZWW, ZHH, etc…. En multijets  Un ECAL de 80 10 6 canaux (1000 fois plus que celui de CMS)‏  Un HCAL à tuile de 3x3 cm ou à gaz avec des pads de lecture de 1x1 cm (10 à 100 Millions de canaux)

4 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 4 Belarus University of Minsk Canada University of Regina, McGill Univ. Montreal Czech Republic Charles University Prague, Academy of Science-Inst. of Physics France LAPP-Annecy, LPC-Clermont, LPSC-Grenoble, IPNL-Lyon, LAL- Orsay, LLR-Palaiseau Germany DESY, Hamburg Univ., Univ. of Heidelberg, MPI-Munich India Bhabha Atomic Research Centre- Mumbai Japan University of Kobe, Shinshu Univeristy Korea EWHA Seoul Univ., Kangnung Nat. Univ., Yonsei Univ. - Seoul, Sungkyunkwan Univ. - Suwon Morocco CNESTEN-Rabat, Univ. of Casablanca Russia JINR-Dubna, ITEP Moscow, LPI-Moscow, MEPhI Moscow, Moscow State Univ., IHEP-Protvino Spain CIEMAT-Madrid United Kingdom Univ. of Birmingham, Cambridge Univ., Imp.Coll. London, Univ. Coll. London, RHUL London, Univ.of Manchester, RAL-didcot United State of America ANL Argonne, Univ. Texas Arlington, Boston Univ., Univ. of Chicago, NIU DeKalb, Univ. of Iowa

5 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 5 200mm 360mm W layers wrapped in carbon fibre 3 modules with different tungsten thickness, total = 24 X 0 Active silicon layers interleaved: PCB+Si+W+Si+PCB layers = 8.5 mm FE chip and readout on PCB board 62 mm 6x6 1x1cm 2 Si pads Conductively glued to PCB 54 PCBs (30 layers)‏ 216 channels/PCB (centre) 108 channels/PCB (bottom)‏ Total channels: 9072 Total radiation length: 24 X 0 Prototype 1 er génération Fini en Novembre 2007 LAL Tout le reste est un produit made in LLR

6 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 6 A réception, les galettes de silicium sont mesurées et validées pour opération à l’aide d’un banc de test La polarisation de l’ensemble des pixels s’est avérée indispensable Les galettes validées sont collées sur les PCB Les PCBs avec les galettes sont testés Sur un banc de test cosmique à l’aide d’un système DAQ dédié (développé en local)‏ Les PCBs validés sont insérés dans la structure après réassemblage par deux pour former Des éléments détecteurs (PCB-tungstène-PCB)‏ Une structure mécanique formée d’alvéoles successives est créée en tungstène, fibre de carbone au LLR

7 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient Banc-test cosmique

8 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 8

9 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 9

10 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 10 ECAL W-Si Test faisceau @

11 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 11 ECALAHCALTCMT Test en faisceau @ Interaction d’un pion de 10 GeV

12 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 12 DESY : 8 semaines en 2005-2006 CERN : 4 semaines été/automne 2006, 7 semaines a l’été 2007 25 Tbytes, 60 millions d’interactions TB et analyse ¶ Le TB est du niveau de LHCb pour sa complexité (3 DC, 4Scint, 1Cherenkov, 1ECAL (10K), 1AHCAL (8K), 1TCMT (600)  Installation, désinstallation avec le LAL  participation aux shitfs  Gros travail ¶ de reconstruction des évènements sur la grille …  Participation majeure à la simulation, participation importante à l’utilisation de la Grille, le groupe est responsable de la calibration des 9720 canaux du ECAL,  Enfin, nous avons une implication importante dans les analyses des interactions e.m. et hadroniques dans le ECAL (Analyse en cours)‏

13 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient ILC-Calice offline Mokka – simulation en Geant4 pour l’étude de détecteurs pour l'ILC et les prototypes de CALICE

14 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 14 TB & analysis 14 Noise » 6 ADC counts From pedestal width MIP signal » 46 ADC counts/MIP Electron data Linearity to ≤ 1% (DESY/CERN)‏ Resolution  E/E=17.13/ √ (E/GeV)©0.54% Longitudinal e - shower profiles TB 2006 - ECAL W-Si

15 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 15 EUDET Contrat Européen signé par le LLR et par l’IN2P3 Moyens humains en échange du financement Européen AGENDA fixé par contrat ( production d’un demi module ECAL en 2009)‏ le LLR assure la mécanique et le montage du ECAL le LLR développe une carte de DAQ « générique » pour un DHCAL Contrat ANR signé par le LLR et par l’IN2P3 Moyens humains et financement partiellement fournit par ANR AGENDA fixé « DHCAL m 3 » 200 000 canaux doit etre prêt pour des TB en 2009 Le LLR développe une carte DAQ 1 er niveau (juste après les VFE ) EDHCAL Contrat ANR TB et analyse Test en faisceau a Fermilab 2008-2009 contraintes sur les modèles de gerbes hadroniques dans GEANT4 faisceau de hadrons de basse énergie comparaison avec un ecal scintillateur lu par SiPM (CALICE-Japon)‏ Analyses et publications le LLR analyse les données électrons/pions de 2007, après « clustering »

16 “Final” Detector ECAL HCAL Module 1 st ECAL Module (module 0)‏ ECAL Prototype ECAL 1 er proto.EUDET nombre de canaux972045 360 Taille36 x 36 154 x 54 Tungstène200700 électronique VFEexterneinterne 36cm 151 cm 54 cm 16 5/8 du ECAL de CMS Le LLR est le maitre d’œuvre de ce ½ module ECAL

17 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient Contrat ANR BUT: Construction & test en faisceau d'un prototype de DHCAL de ½ m³ pour 2009 cellules de 1 cm² lecture digitale sur 2–3 seuils inclusion des Read Out Chips dans le détecteur utilisation de la nouvelle vers. de la DAQ Calice Au LLR: Développement d'une carte d'acquisition de premier niveau: la DIF (tests sur le prototype en cours)‏ Définition de la DAQ pour les TB Postdoc (1 an) pour l'intégration des données de la DAQ et la préparation de l'analyse des TB Optimisation d'un PFA digital Calendrier: Fin 2007: test cosmiques/faisceau de la carte de test > été 2008: fabrication et test d'un m² 2009: le ½ m³ ~70cm x 40

18 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 18 Pour ILD/ LDC, la contribution du LLR est centrée sur : * Etude du design global du détecteur, ( forme générale, dimensions versus résolution, structure champs magnétique, bouchon....)‏ * modélisation de l'assemblage et des étapes d'intégration ; étude des scénarios d'ouverture et d'accès aux sous détecteurs * Collecte des données techniques utiles à la gestion des interfaces ( services, câbles, puissance, dimension...)‏ * Interface machine-détecteur (champ de fuite, région à l’avant, blindage,…)‏ * étude du coût et des lois d'échelle (dimensionnement/coût/performance)‏ ILD Détecteur pour l’ILC Design général, simulation, étude des performances attendues, des coûts, de l’intégration

19 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 19 ILD

20 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 20 But du projet Mise en œuvre « modèle réduit » du système de focalisation final pour « une machine à électrons de haute énergie » –ILC, mais aussi CLIC Avec comme challenges: –Taille verticale des faisceaux de ~35 nm –Contrôle de la position à ~2 nm près –Stabilité et reproductibilité de fonctionnement Le niveau de bruit de fond e+-,photon ou neutron est très incertain –10 5 électrons/paquets (10 10 électrons/paquets sur ILC) Comment simuler cela avec un temps de calcul raisonnable ? ATF2 au LLR calcul de bruit de fond (algorithme, GEANT4, « event biasing technique »)‏ Dans le futur, il faudra envisager une instrumentation pendant l’opération permettant une validation de la simulation H.Guler (postdoc ANR)‏ M.Verderi

21 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient ATF2 (en construction)‏ ATF2 (en construction)‏ ATF Emittance verticale ~5.10 -8 m ATF Emittance verticale ~5.10 -8 m 12 th October 2007 1.3GeV Linac Extraction Setup expérimental & Schedule Commissioning Dec. 2007 Commissioning Dec. 2007 Démarrage Octobre 2008 Démarrage Octobre 2008 ATF2

22 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 22  L’ Introduction de l’approche PFA pour les multi-jets y compris sur les h° (PFA partiel jusqu’alors)‏  Une géométrie octogonale qui est reprise par 3 concepts /4  une étude sur la faisabilité d’un calorimètre ultra granulaire  Un design mécanique du ECAL basé sur des structures autoportantes en CFi  un système de test des galettes de silicium tout à fait UNIQUE (tous les pixels sont polarisés)‏  Introduction du concept de DHCAL pour optimiser la taille des pixels avec une électronique simplifiée  Un système de lecture possible pour le DHCAL  Les principes de fonctionnement de la DAQ du DHCAL  Une simulation GEANT4 suffisamment modulaire pour être utilisé à la fois en Test beam et en simulation du projet final  CREATION de CALICE avec des représentants de DESY, Imperial Coll. London et ANL-Argonne (MOU signé par l’IN2P3)‏ Réalisation technique du LLR  Design et assemblage mécanique du prototype  Le debugging des éléments détecteurs (ASIC du pôles de de µ -électronique)‏  La mise au point du ECAL en tant qu’instrument de mesure  La mise au point d’une interface GEANT4 utilisée partout dans le monde (MOKKA)‏ qui permet de simuler aussi bien les tests en faisceau que des evts « ILC »

23 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 23  E /E = 0.6/E  E /E = 0.3/E Etude sur la physique sur l’ILC au LLR  Mesure du Higgs en 2 photons sur le ILC  Les BR du Higgs par la méthode de la construction d’un échantillon « propre »  Premières études quantitatives des besoins de 30% sur les jets (« blue plot » etc…)  Analyse de précision de la violation de CP dans le secteur du Higgs est-ce e+e-  ZZ ou e+e-  WW ? e + e –  4 jets

24 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 24 Groupe ILC au LLR en 2007 Physiciens : (8)‏ V. Boudry, J.-C. Brient, H.Guler (postdoc-ANR), M. Reinhard (Thèsard), A. Rougé, A.L. Sanchez (postdoc-EUDET), M. Verderi, H. Videau Ingénieurs ILD - Design concept (4)‏ M. Anduze (20%), C. Clerc ( 50%), G. Musat(20%), P. Mora de Freitas(10%)‏ Ingénieurs CALICE (EUDET, ANR, etc…) (6)‏ M. Anduze (70%), C. Clerc (10%), G. Musat(80%), C. Jauffret ( Thésard - CDD EUDET) J.-Ch. Vanel (40%), A. Karar(30%)

25 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 25  H.Videau est > Membre du « steering board » de ILD > Membre du comité WWS - LCWS  J-C.Brient est > Porte-parole de CALICE > Co-Convenor of the ECFA calorimeter group > membre du « International R&D Panel » (« review panel » pour les R&D détecteurs pour le ILC, 3 membres par région, en Europe Chris Damerell, Wolfgang Lohman et JCB) Les responsabilités du groupe  Accord IN2P3-IOPASCR, MOU Moscow SU- LLR, Accord IN2P3-IFIN-Bucarest  Accord KOSEF-CNRS (SNU)‏  Accord EGIDE Corée-France (programme STAR du Ministère des Affaires Etrangères)‏  Responsable des 2 coopération avec le Japon dans le cadre du LIA - FJPPL  Membre d’un projet ANR– ATF2 2006 – 2008  Membre d’un projet ANR–DHCAL 2008 – 2010 (seul 2 projets ANR dans le domaine EPP ont été accepté cette année)‏  Membre du projet européen I3 : EUDET 2006-2009

26 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 26 Les R&D ILC seront présentés au CS IN2P3 les 3/4 Décembre 2007 (un des 2 speakers est du LLR) > Le prototype de test (18 cm) 3 est fini. Fonctionnement globalement très satisfaisant. > Les tests en Faisceaux en sont aux 2/3 (il manque encore la basse énergie à FNAL )‏ > Les analyses avancent plutôt bien (les résultats commencent à arriver)‏ > Trois contrats (EUDET, ANR-DHCAL, ANR-ATF2) sont en cours. > Une activité de simulation plus centré e sur l’accélérateur a commencé (ATF2)‏ > Le groupe a pris des responsabilités dans les activités préparant les LoI et EDR pour ILD Visibilité internationale TRES GRANDE VISIBILITE du LLR, par le biais du groupe LLR-ILC, dans le monde HEP Organisation de la conférence LCWS2004 à PARIS ( 450 personnes), meeting EUDET en 2007, etc… Formation Stage Master, Stage X, etc… Thèses (au LLR) : une en cours, une prévue en Septembre Financement Les contrats EUDET et ANR constitue une source de financement propre pour le LLR

27 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 27 CALICE The PRC congratulates the CALICE collaboration on constituting an impressive world-wide effort towards ILC calorimetry. We recommend the successful exercise in prototype detector integration and their openness to test various technologies in a common framework. The PRC recommends that the DESY contribution to CALICE (analog HCAL, test beam infrastructure, coordination, analysis and simulation) be continued. The PRC supports increase in the effort towards the technical prototypes, and the test beam program at Fermilab in 2008 and 2009. The PRC recommends the hadron test beam results be fed back to shower simulation modellers. The PRC recognizes that the application of ILC detector technologies to other scientific fields could be beneficial. In order to achieve the final goals, the PRC recommends that DESY continue their support of these efforts. The PRC notes that setting clear goals and milestones in the next few years towards completing EDR successfully will be critical DESY PRC 64 Recommendations Chair : Y.K.Kim (deputy director of Fermilab)‏ Co-Chair : R.Forty (CERN)‏

28 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 28 Report on the Review of « ILC Calorimetry R&D » Hamburg, May 31 st to June 4 th CALICE has successfully brought in several detector technologies to work together on compiling a common set of data to compare the performance and pros and contras of different technologies. …….. The construction of a one m3 HCAL assembly is essential for providing reliable data for PFA performance comparisons. ….. The comparison of the performance of the various technologies needs to be done on the basis of real data rather than MC studies. …. The committee is impressed by the exceptional quality and the enormous collaborative effort of the CALICE collaboration. The collaboration should be further supported and commended for its achievements. In particular, the funding agencies are strongly requested to support the one m3 engineering and test-beam effort. ….. The development and test of the technical prototypes will allow to answer many concerns addressed above. Hence the committee fully supports this program Jean-Claude Brient, Ecole polytechnique Crhis Damerell, RAL Ray Frey, University of OregonWolfgang Lohman, DESY, Chair Marcella Diemoz, Univ. Roma –I « La sapienza »Andrey Golutvin, ITEP Kazuhiko Hara, Univ. of TsukubaRobert Klaner, Hamburg Univ. Peter Loch, Univ. of ArizonaPierre Petroff, LAL, Orsay Jim Pilcher, Univ. of ChicagoDaniel Pitzl, DESY Peter Schacht,; MIP MunichChris Tully, Princeton University Michael Rijssenbeek, Stony Brook Univ.Junji Haba, KEK Jan Timmermans, NIKHEFBill Willis, Columbia Nevis Lab.

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32 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient Activités au LLR Outil de modélisation de la ligne commun avec ILC –BDSIM, basé sur Geant4 Cœur du beam transporté par optique faisceau e  du halo confiés à Geant4 Bruits étudiés/dominants: –halo du faisceau –beam dump Ecrantable pour une large part mais… Possibilité de tester la production et transport de neutrons de Geant4 Challenge de cette simulation –Typiquement 10 5 électrons par beam dans la simulation –Comment extrapoler à 10 10 dans un beam réel ? Technique de réduction de variance envisagée Mesures auprès de la ligne envisagées pour tester –La physique de Geant4 (neutronique en particulier)‏ –Les techniques de simulation (réduction de variance)‏ Simulation des bruits de fond dans la ligne avec Geant4 Avec l’idée sous-jacente de prototyper à ATF2 le MDI de ILC

33 Comité d’évaluation du LLR – Novembre 2007 J-C Brient 33 LoI for detector due to 01.10.2008 EUDET delivery for 2009 ANR DHCAL for 2009 EDR for 2010 Proposition OFFICIEL du GDE Document pour la décision de construction

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