WG muon collider proposta esperimenti ad H4

Strutture e Persone LNF: M. Antonelli, M. Biagini, M. Boscolo, S. Dabagov, S. Guiducci, M. Rotondo, T. Spadaro, F. Collamati, R. Di Nardo, M. Dreucci Fe: V. Guidi, A. Mazzolari, R. Camattari, Cibinetto Co: M. Prest, E. Vallazza PD: D. Lucchesi, M. Morandin, M. Zanetti, A. Lupato, L. Sestini, A. Bertolin, P. Cecchia, R. Rossini Pi: F. Bedeschi, R. Tenchini, G. Tonelli Roma1: F. Anulli, L. Palumbo, Marongiu, Campogiani

Motivazioni Test sperimentale di alcuni punti chiave della proposta del muon collider leptonico: Produzione muoni: bassa emittanza dei muoni prodotti intensita’ misura sezione d’urto a soglia ha anche un interesse x se (non cruciale) verifica correzioni QED Degradazione fascio positroni: Misura emittanza dei positroni in uscita dalla targhetta Spettro positroni in uscita Sorgente di positroni Spettro fotoni prodotti s (mb) QED corr. √s (GeV)

Esperimenti 2 esperimenti con setup e scopi diversi 1 settimana a bassa intensita’ Misure di channeling su critstalli (tuning dei MC) Degradazione di fascio amorfi Spettro fotoni emessi 1 settimana ad alta intensita’ Misure proprieta’ dei muoni emessi (xs, emittanza…) Qualche idea per ulteriori misure

H4 Beam line 45 GeV, beam energy spread ~ 1%, contaminazione ~ 1% rate fino a 5x10^6 e+ x spill (2/33 sec) Setup esistente x test Cristalli di Ferrara/Como Tracciatori (Si) Dipolo 1.5T (2 m) Calorimetri Targhetta

Schema esperimento alta intensita’ Modifiche Setup esistente x test Cristalli di Ferrara/Como Assorbitore Tracciatori (Si) Dipolo 1.5T (2 m) Calorimetri Targhetta Camere mu

LOW intensity in H4 tools necessari              misura degradazione del fascio (Channeling e emittanza)             produzione di fotoni (misura spettro) fondi         tools necessari rivelatori              essenzialmente i tools di Fe/Como sono sufficienti (tracciatori + calo.) (Fe, Co) (hanno gia’ fatto esperimenti simili)        targhette               cristalli (Si, Ge) (Fe) spessore Si da 0.5 e 1 mm, Ge (con Xo equivalente) meccanica per deformazione cristalli Necessario nuovo portacampione con dispositivo di deformazione controllata della curvatura(necessario per arrivare a condizioni di channeling con il fascio disponibile) amorfi spessori da disegno (~3 mm Be, ~1 mm Diamante?) (Fe, LNF) 1 settimana periodo in cascata con i test previsti di Fe, Co estate (Luglio, Agosto)

LOW intensity in H4 Simulazione della tipica misura che si vorrebbe fare con i cristalli 3 mm Si a 45 GeV: La misura diretta (senza curvare i cristalli) della riduzione dell’emittanza in regime di channeling e’ possibile ma non praticabile (tempi lunghissimi) Questo tipo di misura consente di fare un tuning dei MC e di valutare direttamente la riduzione della sq

Esperimento ad alta intensita’ di positroni           e+ rate ~ 5x10^6 e+ x spill (2/33 sec)          targhetta di 3 cm di Berillio ~ 5 eventi m+m- x spill a 45 GeV 50Keventi in 1 “settimana” di run ( ½ settimana reale)        misura sez. d’urto a soglia ds/s ~ % (statistico) (+ scan in energia 2 punti sono sufficienti) necessaria normalizzazione (e+e- g g) xs 30 mb + monitor di fascio veloce misura emittanza dei muoni prodotti altre misure (in fase di studio) Tools necessari e setup: accendere magnete per separare i carichi e misura di impulsi m, (1.5 T 2m q~0.04 rad a 22 GeV) camere x tracciare/trigger mu (camere CMS) (Pd) (sistema del gas, HV) assorbitori (CERN) tracciatori di precisione subito dopo il magnete (misura emittanza) (Co/Fe) calorimetro per misura gamma gamma (Co/Ferrara) Trigger e integrazione del DAQ con quello esistente         1 settimana periodo non in cascata con Low intensity

MC study to define the layout            Simulazione con GEANT per studiare/disegnare il setup sperimentale

Muon ID and trigger Use CMS DT after concrete filter            Use CMS DT after concrete filter Very low bkg just asking 2 hits in expected position Further reduction by track segments request Trigger jitter time < 1ms (expected e+ frequency) Use also for momentum measurement x (mm)

Emittance measurement: close detector only            Telescope resolution

Emittance measurement: close detector only            TRUE RECO. Conservative estimate: improvements from oher detector measurement not taken into account + measurement performed for both muons (emittances are correlated)

Momentum measurement sp/p~2 10-4 Use Just simple evaluation            Just simple evaluation No simulation + tracking No uncertainties on alignment MS contribution etc… Taken into account Use CMS DT + telescope after dipole close telescope system sq~7x10-3 mrad (q~35 mrad) sp/p~2 10-4

Normalization: Luminosity measurement            Use well known processes 2 alternatives: bhabha very high background from brem. e+e-  g g Signature: 45 GeV collinear photon (t channel like bhabha) Background: high energy tail from brem. Expectations x spill Eg(GeV) Alternative determinations with beam monitor possible Eg(GeV)

Missioni 2 settimane di test beam disgiunte ->3 settimane (1 settimana x montaggio e smontaggio di 2 esperimenti al limite) 6 persone al giorno (3 turni da 2)x2(in turno ½ tempo)-> richiesta 12 persone x 3 settimane LNF 1.5 MU(2 FTEx0.75MU) 5.5 Keuro FE 3 MU(4 FTEx0.75MU) 11.5 Keuro PD 1.5 MU(2 FTEx0.75MU) 5.5 Keuro PI 1.5 MU(2 FTEx0.75MU) 5.5 Keuro Roma1 1.5 MU(2 FTEx0.75MU) 5.5 Keuro

Richieste low intensity: Targhette: Cristalli (Fe) 2 silicio, 2 germanio(1%,0.5% Xo) 13KEuro portacampione con dispositivo di deformazione controllata della 20KEuro curvatura(necessario per arrivare a condizioni di channeling con il fascio disponibile) Amorfi(LNF) Be(3 mm), Diamante(1 mm) 3KEuro Materiale + meccanica

Richieste High intensity Camere mu (PD) 3 Keuro (gas) 2 Keuro meccanica 2 Keuro (HV, LV) 3 Keuro (elettronica) Targhetta amorfe (LNF) Be (30 mm) 2+1 Keuro (materiale + meccanica) Trigger (LNF) 2 Keuro 20 KEuro (SJ)

Conclusioni 2 esperimenti per chiarire aspetti importanti del muon collider leptonico in programma (+ qualche bonus) Esperimento low intensity “collaudato”: analogo a quanto gia’ fatto da Co/Fe High intensity abbastanza ben definito (studi MC promettenti) Richiesta tempo fascio entro il 19 novembre