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"Conception optique d’un nouveau système de distribution de faisceau pour CLIC: le cas de deux régions d’interaction. Premières expériences pour la validation de la taille de faisceau ultra-faible βy∗ nanométrique à ATF2."
Résumé :
Le collisionneur linéaire com- pact (CLIC) pourrait produire des collisions e+ e− dans deux détecteurs simultanément, éventuellement à une fréquence de train de paquets dans le LINAC deux fois supérieure à la valeur nominale de référence. Dans ce manuscrit, une nouvelle conception de système de diffusion à double faisceau (BDS) est présen- tée afin de desservir deux régions d’interaction (IR1 et IR2), incluant des conceptions optiques et l’évaluation des performances de luminosité avec le rayonnement synchrotron (SR) et les effets de solénoïde pour les deux étages d’énergie de CLIC à 380 GeV et 3 TeV. IR2 présente un angle de croisement plus grand que la ligne de base actuelle. Les performances de luminosité du nouveau schéma de CLIC ont été évaluées en comparant les différentes conceptions de BDS avec et sans les effets de champ du solénoïde du détecteur. Il faut souligner que l’impact du solénoïde du détecteur sur la luminosité n’avait pas été évalué pour la ligne de base de CLIC actuelle, ce qui équivaut à une perte d’environ 4% équivalent à la même valeur de l’ancienne conception de la ligne de base. À 380 GeV, les 2 IR de la nouvelle conception à double BDS présentent les mêmes luminosités que la ligne de base actuelle. Cependant, à 3 TeV, les performances de luminosité sont réduites de 2% par rapport à la conception de base pour l’IR1 et de 33% pour l’IR2. La conception double CLIC BDS fournit des luminosités adéquates aux deux détecteurs. Elle s’avère être un candidat viable pour les futurs projets de collisionneur linéaire. L’une des principales demandes des futurs collisionneurs linéaires est d’atteindre une taille de faisceau vertical nanométrique au point d’interaction (IP).
L’Accelerator Test Facility 2 (ATF2) est un développement à échelle réduite du système de mise au point final (FFS) pour tester le nouveau schéma de correction de la chromaticité locale requis pour les conceptions du collisionneur linéaire international (ILC) et du collisionneur linéaire compact (CLIC). Après plusieurs années d’exploitation, la mesure de σy∗= 41±3 nm a été effectué à ATF2 avec l’optique nominale βy∗ en 2016. Ce travail de thèse présente l’étude expérimentale des réglages réalisée avec l’ultra low βy∗ pendant l’opération en mars 2019. Cette op- tique dispose d’un niveau de chromaticité comparable à celle de CLIC et nous nous attendons à ce σy∗ soit inférieur à 40 nm.
"Optics Design of a novel Beam Delivery System for CLIC: the case of two Interaction Regions. First experiments for the validation of the ultra-low βy∗ nanometer beam size at ATF2."
Abstract :
The Compact Linear Collider (CLIC) could provide e+e− collisions in two detectors simultaneously at a bunch train frequency in the linac twice the baseline design value. In this thesis, a novel dual Beam Delivery System (BDS) design is presented in order to serve two Interaction Regions (IR1 and IR2) including optics designs and the evaluation of luminosity performance with synchrotron radiation (SR) and solenoid effects for both energy stages of CLIC, 380 GeV and 3 TeV. IR2 features a larger crossing angle than the current baseline. The luminosity performance of the novel CLIC scheme was evaluated by comparing the different BDS designs with and without the detector solenoid field effects. It has to be highlighted that the impact of the detector solenoid on luminosity had not been evaluated for the current CLIC baseline, which amounts to alossofabout4%thatcorrespondstothesame value of the old baseline design. At 380 GeV the 2 IRs of the novel dual BDS design feature same luminosities than the current baseline. However at 3 TeV the luminosity performance is reduced by 2% from the baseline design for the IR1 and by 33% for the IR2. The dual CLIC BDS design provides adequate luminosities to two detectors and proves to be a viable candidate for future linear collider projects.
One of the main requests for future linear colliders is to achieve a nanometer vertical beam size at the Interaction Point (IP). Accelerator Test Facility 2 (ATF2) represents a scale down implementation of the Final Focus System (FFS) to test the novel local chromaticity correction scheme that is implemented in the Inter- national Linear Collider (ILC) and the Compact Linear Collider (CLIC) designs. After several years of operations and commissioning, σy∗ of 41 ± 3 nm was measured at ATF2 with the nominal βy∗ optics in 2016. This thesis reports the experimental tuning study done with the ultra-low βy∗ during March 2019 beam operation. This op- tics has a level of chromaticity comparable with CLIC one and it is expected to reduce σy∗ below 40 nm.
Membres du jury :
o Sebastien BOUSSON Ingénieur de recherche, IJCLab and Université Paris- Saclay
o Steinar STAPNES Professeur, University of Oslo and CERN
o Karsten BUESSER Ingénieur de recherche, DESY
o Philip BURROWS Professeur, Oxford University
o Shigeru KURODA Professeur, Sokendai University and KEK
o Benito GIMENO Professeur, University of Valencia
o Angeles FAUS-GOLFE Ingénieure de recherche, ICJLab and Université Paris- Saclay
o Rogelio TOMAS-GARCIA Ingénieure de recherche, CERN
