UA9 Relazione dei Referee Alessandro Cardini Anna Colaleo Riccardo de Sangro Andrea Ghigo CSN1 28 Settembre Lecce

Sommario Highlights risultati 2015 e prossimi step Piani e goals per 2016 Programma di estensione UA9 Richieste e proposte finanziarie Milestones 2

UA9-SPS: important results Crystal collimation has been extensively tested in SPS. Alignment (linear and angular) of the crystal is fast and well reproducible. Consistent reduction of the losses when comparing the crystal in channeling and in amorphous orientation: Loss rate reduction at the crystal: up to 20x for protons, 7x for ions. Loss rate reduction in the dispersion suppressor: up to 6x for protons, 7x for ions. Losses all around the accelerator ring: consistently reduced. 3

Last August 30 performed a test with a proton beam at injection energy. Only 2h needed to successfully observe the channeling orientation looking at the losses immediately downstream the crystal. 17 Angular scan for horizontal crystal performed with the LHC primary collimators (TCPs) out of 1 mm, and all the TCSGs upstream the crystal out. The losses reduction factor (between CH and amorphous orientation) can be estimated around 20 UA9-LHC: important results Additional tests at collision energy and with lead-ions are already scheduled before the end of 2015: goal is to improve capability of the halo rejection. 4

UA9-H8: important results Measurements with protons: - Confirmations of the previous results (2010 UA9 paper) Measurements with Ar Ions: - New results never obtained before Measurements with Pb Ions (next Nov) Attività e richieste 2016 Studi dettagliati sull’interazioni anelastiche (angoli di emissione dei secondari). Necessità di un setup con sistema motorizzato per movimentazione scintillatori Inelastic Nuclear Interaction studies Frequency & probability of I.N.I. in Crystals with different bending radius and measurement reduction factor at orientation 5

Gianluca Cavoto Test of Cherenkov detectors: results Jun 26th Exploit Cherenkov radiation in fused silica to count deflected particle, measure their time and – with segmentation – beam spot. UA9 CpFM UA9 Cherenkov proton flux counter 5-10% resolution on number of incident protons (100) achieved Test atINFN LNF BTF Single electron signal clearly visible Test in H8 confirmed data of BTF (analysis ongoing) Test in SPS performed in 2015 CpFM is compatible with LHC requirements (outgassing, rad-hard, background) 6

Test of crystals for LHC at H8 Test of the LHC-type Crystals, twins of Crystals already installed (and recently successfully tested) in LHC -1 STF Crystal (INFN-Ferrara): evidence of Crystal deformations problems due to the titanium holder -Test of new LHC-type Crystals and holder for the next installations in LHC 2 STF Crystals (INFN-Ferrara): 2 promising Crystals Tests with a new titanium holder shows encouraging results about the Crystal deformations problems The most appropriate test-bed for characterizing crystals of various type, shape and size for SPS and LHC. Several RUNs done. One in November 2015 Attività e richieste 2016 Necessaria rivisitazione degli holder e degli schemi di deformazione dei cristalli: costruzione di un autocollimatore > per la caratterizzazione degli stati deformazionali degli holders Necessità di produzione di nuovi cristalli 7

29 settembre 2014Referee di UA9 Radiazione di intensità ed angolo dipendente dall’orientamento dei piani cristallini Possibilità di monitorare le prestazioni ed il funzionamento del cristallo 14 Studio della radiazione X emessa dal cristallo (cosiddetta PXR) ad H8 – Permette di fornire diagnostica sul cristallo in modo non invasivo durante il funzionamento -- PXR finanziato nel 2015 – Di interesse per la collimazione ad LHC PXR detectors ad H8 Attività e richieste 2016 Richiesto Pollux (PIMicos) per il posizionamento su piano verticale con risoluzione micrometrica Box protezione per schermaggio dal noise Anticipo 2015 per test Novembre 8

Pubblicazioni e risultati I referee si congratulano con i colleghi di UA9 per il lavoro svolto e gli eccellenti risultati del 2015 (in particolare primo test a LHC) che portano a confermare la validità della linea di ricerca.

10 LHC: 5 runs (8 hours/each) during MD The new setups (goniometer+cristals) should be tested with beam with protons and lead-ions in 2016/7: -horizontal and the vertical crystals in optimal channelling orientations - to verify that the loss maps along the subsequent dispersion suppressors and arcs of the LHC exhibit a shape eventually reduced by an order of magnitude or more. SPS_C 5 runs during MDs (24 hours/each) -Extensive test of test of the Cherenkov detector CpFM and perform with it the direct measurement of the channelling efficiency in multi-pass mode using a multi- strip or a multi-crystal operating in multi-volume reflection mode as the primary deflector in the UA9 collimation system (larger angular acceptance in collecting the halo particles) H8 (5 weeks) -Qualification of instrumentation and crystals for SPS and LHC planned in 2016: least 3 weeks of runs in H8, also parasitic runs. -In addition to that, specific runs will be requested to test the probability of ion fragmentation as a function of the crystal orientation. Piani e goals 2016

UA9 Extension plans 11 Crystal assisted beam extraction from a circular collider. Extending the scope of UA9 to a new operation mode, the goal of which is the test of beam extraction assisted by bent crystals. Part of the program is to provide expertise in the slow extraction (resonant process that bring circulating particle into extraction channel ) in view of improving the operation of the SPS (formal request to UA9 from CERN Director of Accelerator Technology 7/5/2015 ). Preliminary tests of the slow extraction can rely on the already existing UA9 hardware but new hardware needs for more advanced extraction tests we will need, new crystals, goniomenter, absorber and detectors. Extended UA9 MoU is now circulating between the funding Agencies for the formal approval. The Collaboration has formed a working group, called UA9-SE, to define the scenario of a crystal extraction setup in the SPS, including the optical constraints, the new hardware, the new detectors and the list of tests to be pursued. This activity is made in close collaboration with the Extraction Group at CERN at regularly reported to the CERN management by the group-leader.

12 Goals Cristal assisted halo extraction Cristal assisted resonant slow extraction in SPS Cristal particle interaction in hadronic or leptonic micro- beam from SPS e NA Study could be extended at LHC

Proposte di finanziamento La collaborazione UA9 richiede finanziamenti sia per il completamento dell’attività propriamente UA9 sia per test di “slow extraction”. Le proposte che vi presentiamo, coerentemente all'attività di UA9 per il 2016, sono destinate alla conclusione del pluriennale programma di R&D che dovrebbe terminare con l'utilizzazione della tecnica di bending con cristalli per realizzare la collimazione dell'alone dei fasci di LHC in vista di un utilizzo ad Hi-Lum LHC. I referees riconoscono la validità scientifica della proposta di l’estensione di UA9 e rimandano a futura discussione in CSN1 a fronte di un chiaro piano pluriennale di finanziamento e sharing fra le istituzioni e FAs 13

14 Stato della Collaborazione [2013] N FTE / N persone FTE tecnologi / tecnici INFN FE2.3/5 2.3/5 2.8/4 [3.1/6]0.1/ / /0.2 [0.1/0.2] INFN LNF0.8/2 1.4/5 0.7/3 [1.8/6]0.2/- 0.6/- 0.7/- [0.7]/- INFN NA0,9/1 0.7/1 0.8/1 [0.8/1] INFN RM2/5 2.7/7 3.1/7 [2.3/6] Totale6/13 7.1/18 7.4/15 [8.0/19]0.3/ / /0.2 [0.8/0.2] CERN (14) RUSSIA (16): (IHEP), (JINR), (PNPI) UNITED KINGDOM (5) : Imperial College, London FRANCE (11): (LAL) La componente INFN e’ particolarmente attiva – si mantiene sostanzialmente stabile come partecipazione – % INFN e’ 20% (un po’ ridotta rispetto al passato) – Gruppo di giovani contribuisce attivamente al progetto anche grazie a CRYSBEAM

FE: 2.4 fte (2015: 2.4) MI: 17k€ CONS: 10k€ (lavorazione holder + cristalli) MAN: 3k€ APP: 10k€ + 10 k€ (autocollimatore ) Totale: 40k€ + 10 k€ (su 102 k€ richiesti) Si finanziano le richieste legate alla problematica della deformazione dell’holder e alla verifica dell’alligneamento: -per il collimatore 10 keuro + 10 keuro s.j fronte di una richiesta dettagliata -5 k€ per la lavorazione dell’holder stesso Si finanziano 5 k€ per lavorazione cristalli per studi di interazioni inelastiche ad H8. 15

LNF: 1 fte (2015: 2) MI: 7 k€ CONS: 5 k€ (elettronica rad-hard ) APP: 2 k€ (box schermaggio per PXR proposta anticipo 2015) Totale: 14k€ (su 43k€ richiesti) Richiesta per il movimentazione micrometrica per il PXR e box di schermaggio : proposta di anticipare al 2015 per necessità di test novembre 2015 (utilizzando i fondi per la realizzazione dell’elettronica rad-had) Proponiamo di rifinanziare 5k€ la realizzazione di un’elettronica rad-had dedicata per uso diamanti come BLM ad LHC (non finalizzata nel 2015)  Non finanziamo l’R&D su diamante con medipix (diamonpix) perche’ non strettamente legato a UA9) 16

NA (0.9 fte, 2015: 0.7) MI: 7 k€ Totale: 7k€ (su 15k€ richiesti) Come lo scorso anno si richiede un contributo specifico in ME per una persona “fissa” al CERN. Attività di simulazione e contatti con CERN. 17

RM1: 2 fte (2015: 2.7) MI: 14k€ + 3k€ (Resp. Naz.) CONS: 3k€ APP: 7k€ Costruzioni per rivelatori interazioni inelastiche e flangia per calibrazione Cherenkov Totale: 27 € (su 79.5k€ richiesti) 18 Finanziamo : il setup per il monitoring interazioni inelastiche 1 keuro per flangia per calibrazione Cherenkov (contributo analogo nel 2014 per stessa richiesta)  Non finanziamo modulo HV PMT (già finanziato nel 2014)

Proposte Finanziarie

Completamento Milestones 2015 (avanzamento ad oggi  previsione alla data completamento) 20 Milestones Proposte DataDescrizione Completamento 31/12/15First test of crystal collimation on LHCDel70%  100% 31/12/15Advanced crystal production and first testDel90%  100% (test ioniPb in Nov) 31/12/15Measurement of crystal collimation on SPS with new hardware [detectors, goniometer and crystals] Del50% Depends o the schedule Only 1 / 4 MD 31/12/15Simulation of crystal collimation tests in SPS and LHC Del70% Keep improving with new data from SPS and LHC

Proposta Milestones 2016 MilestoneDue Advanced tests of crystal collimation on the LHC31/12/2016 Advanced tests of crystal collimation on the SPS31/12/2016 Data analysis of 2015 data, comparison with simulation and publication 30/06/2016 Validation of crystals and test with ions31/12/