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Das Beam-Kalorimeter für den International Linear Collider. Inhalt: Der International Linear Collider Der Vorwärtsbereich des LDC Anforderungen Das Strahlkalorimeter – BeamCal Beamstrahlung Schnelle Luminositätsmessung Strahlparameter Rekonstruktion Zusammenfassung. Ch.Grah - PowerPoint PPT Presentation
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Das Beam-Kalorimeter für denInternational Linear Collider
Ch.Grah
DPG-Frühjahrstagung 2006, Dortmund
Inhalt:•Der International Linear Collider
•Der Vorwärtsbereich des LDC•Anforderungen
•Das Strahlkalorimeter – BeamCal•Beamstrahlung•Schnelle Luminositätsmessung•Strahlparameter Rekonstruktion
•Zusammenfassung
DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 2
Der International Linear Collider
nicht maßstabsgerecht
~30 km
e+ Undulator @ 150 GeV (~1.2km)x2R = 955m
E = 5 GeV
RTML ~1.6km
ML ~10km (G = 31.5MV/m)20mrad
2mradBDS 5km
(500 GeV)
DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 3
ILC Zeitplanung
2005 2006 2007 2008 2009 2010
Global Design Effort Projekt
Baseline configuration
Reference Design
ILC R&D Program
Technical Design
DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 4
Der Vorwärtsbereich des LDC LDC: Large Detector Concept
Nachfolger des TESLA Detektors. Eines von insgesamt 4 Detektorkonzepten
2mrad
20mrad
DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 5
Vorwärtsbereich - Aufgabenneue 20mrad Geometrie (LDC)
LumiCal (26 (43) mrad < θ < 153 mrad)Nachweis von em ww Teilchen mit niedrigem pTMessung von Bhahba‘s mit hoher Präzision =>Messung der Luminosität mit
BeamCal (5.6 mrad < θ < 28 (46) mrad)Nachweis von em ww Teilchen mit niedrigem pTMessung und Analyse der Energiedepositionvon e+e—Paaren aus Beamstrahlung
LHCal „Low angle hadron calorimeter“
PhotoCal (nicht eingezeichnet)Analyse von Beamstrahlung Photonen im Bereich von ~100μrad
Minimierung des Untergrundes im Inneren Detektor (z.B. TPC) durch Rückstreuung.
410LL
20mrad => Rückstreuung durch Paare, die das LumiCal treffen, alte Geometrie (K.Büsser)
DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 6
Beamstrahlung
BeamCal: 4 < θ < 28 mrad
15000 e+e- pro BX => 10 – 20 TeV ~ 10 MGy pro Jahr “schnelle” Auslese => O(μs)
30 X0 Sandwich KalorimeterAbsorber: WolframSensoren: CVD Diamanten (T 604.3)ca. 15000 Kanäle
e+e- Paare aus Beamstrahlung treffen das BeamCal.
e+ e-
Deponierte Energie von Paaren bei z = +365 (kein B-Feld)
„Pinch-Effekt“
DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 7
Magnetfeld Konfigurationen
20mrad DID
20mrad AntiDID
Anpassung der Magnetfeldkonfigurationbei großen Kreuzungswinkeln.
•Detector Integrated Dipole: Parallel zum einlaufenden Strahl•AntiDID: Parallel zum auslaufenden Strahl
20mrad DID
DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 8
Schnelle Luminositätsmessung
Warum benötigen wir ein schnelles Signal von BeamCal? (Größenordnung von einigen Bunch Crossings je 300ns)
Wir können signifikant die Luminosität erhöhen! z.B. Verwende die Anzahl der Paare, die das
BeamCal treffen im Strahl-Rückkopplungssystem
0 100 200 300 400 500 6000
1
2
3x 10
34
Bunch #
Lu
min
os
ity
/ c
m-2
s-1
Luminositätsentwicklung während der ersten 600 Packete eines Packetzuges.Ltotal = L(1-600) + L(550600)*(2820-600)/50
G.White QMUL/SLAC
Position und Winkel Scan
Erhöhung von L von mehr als 12% (500GeV)!
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Beamstrahlung Paar Analyse Ziel: Gewinne durch Analyse der Energiedeposition der
Paare im BeamCal Informationen über die Eigenschaften der primären Strahlkollision.
Observablen (Beispiele): Totale Energie Erstes radiales Moment Thrust Winkeldispersion E(ring ≥ 4) / Etot E / N l/r, u/d, f/b Asymmetrien
Detektor: realistische Segmentierung, ideale Auflösung, Packet-Packet Auflösung
Strahl Parameter σx, σy, σz and Δσx, Δσy, Δσz
xoffset yoffset
Δx offset
Δy offset x-Taillenverschiebung y-Taillenverschiebung Packet Rotation N Teilchen/Packet (Banana shape)
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Analyse Konzept
Observablen
Observablen
Δ S
trahlpar
Taylor
Matrix
nom
= + *
Strahlparameter
• bestimme Kollision
• erzeuge
beamstrahlung• erzeuge e+e- Paare
guinea-pigguinea-pig
(D.Schulte)(D.Schulte)
Observablen
• charakterisiere
Energiedeposition im
Detektor
FORTRANFORTRAN
Analyseprogramm Analyseprogramm
(A.Stahl)(A.Stahl)
und/oderund/oder
GEANT4GEANT4
Taylor-Erw. 1. Taylor-Erw. 1. Ord.Ord.
Lösbar durch Lösbar durch MatrixinversionMatrixinversion(Moore-Penrose (Moore-Penrose Inversion)Inversion)
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Koeffizienten der Taylor-Matrix
Strahlparameter i [au]
Obse
rvable
j [
au]
Parametrisierung(polynomial)
1 Pkt =1 bunchcrossing
guinea-pigSteigung beim nom. Wert Taylor Koeffizient i,j
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Analyse für nominale ILC Parameter
ParameterNominaler Wert
Präzision
2mrad 20mrad20mrad (2par)
x 655 nm 3.1 2.9 2.8x 5.2 7.4 7.6y 5.7 nm 0.3 0.2 0.2y 0.3 0.4 0.4z 300 m 4.8 8.5 11.1z 3.7 6.3 7.4
εy40x10-
9mrad1.7 2.9 5.2
εy 0 4.2 4.1 4.7x 17.7 9.3 10y 0 0.5 0.6 0.6N 2x1010 0.01 0.01 0.01N 0 0.01 0.02 0.03
...
ILCNOM, 20mrad DID
DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 13
BeamCal Geant4 Simulation Benötigen präzise Simulation für Schauer/realistisches
Magnetfeld. Beinhaltet: Flexible Geometrien (Kreuzungswinkel, Dicke der Lagen,
variable Segmentierung) vereinfachtes DiD/antiDiD Magnetfeld +
realistisches Magnetfeld (Datei) Eingabe – GP generierte e+e- Paare Ausgabe – Root Tree mit Energiedepositionen in Segmenten 1 BX ~ 400min @ 3.2 GHz CPU
Schauervisualisierung
Energie/Lage
(A.Sapronov)
20mrad DID 20mrad AntiDID
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Zusammenfassung und Ausblick
Die Vorwärtsregion erfüllt wichtige Aufgaben am ILC.
BeamCal im besonderen: Intratrain-Rückkopplung des BeamCal-Signals kann die
totale Luminosität signifkant erhöhen. Eine schnelle Diagnose der Energiedeposition zur
Rekonstruktion von Strahlparametern ist möglich. Analyse ist möglich für verschiedene
Kreuzungswinkel/Magnetfeldkonfigurationen und ergibt eine interessante Präzision.
Eine detaillierte G4 Simulation ist in der Testphase und wird in der Strahlparameterrekonstruktion verwendet werden.
Untersuchung der Korrelationen, insbesondere zur Photonverteilung.
Minimierung der notwendigen Informationen vom BeamCal zur Vereinfachung der Auslese.