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Das Beam-Kalorimeter für den International Linear Collider Ch.Grah DPG-Frühjahrstagung 2006, Dortmund Inhalt: Der International Linear Collider Der Vorwärtsbereich.

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1 Das Beam-Kalorimeter für den International 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

2 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 2 Der International Linear Collider nicht maßstabsgerecht ~30 km e+ 150 GeV (~1.2km) x2 R = 955m E = 5 GeV RTML ~1.6km ML ~10km (G = 31.5MV/m) 20mrad 2mrad BDS 5km (500 GeV)

3 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 3 ILC Zeitplanung Global Design EffortProjekt Baseline configuration Reference Design ILC R&D Program Technical Design

4 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

5 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 5 Vorwärtsbereich - Aufgaben neue 20mrad Geometrie (LDC) LumiCal (26 (43) mrad < θ < 153 mrad) Nachweis von em ww Teilchen mit niedrigem p T Messung von Bhahbas mit hoher Präzision => Messung der Luminosität mit BeamCal (5.6 mrad < θ < 28 (46) mrad) Nachweis von em ww Teilchen mit niedrigem p T Messung und Analyse der Energiedeposition von 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. 20mrad => Rückstreuung durch Paare, die das LumiCal treffen, alte Geometrie (K.Büsser)

6 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 6 Beamstrahlung BeamCal: 4 < θ < 28 mrad e + e - pro BX => 10 – 20 TeV ~ 10 MGy pro Jahr schnelle Auslese => O(μs) 30 X 0 Sandwich Kalorimeter Absorber: Wolfram Sensoren: CVD Diamanten (T 604.3) ca Kanäle e + e - Paare aus Beamstrahlung treffen das BeamCal. e+e+ e-e- Deponierte Energie von Paaren bei z = +365 (kein B-Feld) Pinch-Effekt

7 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 7 Magnetfeld Konfigurationen 20mrad DID 20mrad AntiDID Anpassung der Magnetfeldkonfiguration bei großen Kreuzungswinkeln. Detector Integrated Dipole: Parallel zum einlaufenden Strahl AntiDID: Parallel zum auslaufenden Strahl 20mrad DID

8 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 Luminositätsentwicklung während der ersten 600 Packete eines Packetzuges. L total = L(1-600) + L(550600)*( )/50 G.White QMUL/SLAC Position und Winkel Scan Erhöhung von L von mehr als 12% (500GeV)!

9 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 9 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 σ x, σ y, σ z and Δσ x, Δσ y, Δσ z x offset y offset Δx offset Δy offset x-Taillenverschiebung y-Taillenverschiebung Packet Rotation N Teilchen/Packet (Banana shape)

10 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 10 Analyse Konzept Observablen Δ Strahlpar Taylor Matrix nom = + * Strahlparameter bestimme Kollision erzeuge beamstrahlung erzeuge e + e - Paareguinea-pig(D.Schulte) Observablen charakterisiere Energiedeposition im DetektorFORTRAN Analyseprogramm (A.Stahl) und/oderGEANT4 Taylor-Erw. 1. Ord. Lösbar durch Matrixinversion (Moore-Penrose Inversion)

11 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 11 Koeffizienten der Taylor-Matrix Strahlparameter i [au] Observable j [au] Parametrisierung (polynomial) 1 Pkt = 1 bunchcrossing guinea-pig Steigung beim nom. Wert Taylor Koeffizient i,j

12 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 12 Analyse für nominale ILC Parameter Parameter Nominaler Wert Präzision 2mrad20mrad20mrad (2par) x 655 nm x y 5.7 nm y z 300 m z εyεy 40x10 -9 mrad ε y x y N2x N ILCNOM, 20mrad DID

13 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 ~ 3.2 GHz CPU Schauervisualisierung Energie/Lage (A.Sapronov) 20mrad DID 20mrad AntiDID

14 DPG 2006, Dortmund Ch.Grah: Beam-Kalorimeter für ILC 14 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.


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