Quali attivita’ sono possibili per CSN1 sul muon collider?

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1 Quali attivita’ sono possibili per CSN1 sul muon collider?

2 Involved persons: Alessandro Variola – LNF, - Andrea Ghigo LNF, Andrea Mostacci Uni- Sapienza, Angelo Schiavi Uni-Sapienza, Angelo Stella – LNF, Franco Bedeschi - INFN PI, Iryna Chaikovska LAL-Orsay, Robert Chehab LAL- Orsay, Donatella Lucchesi - PD Univ., Enrico Bagli - INFN FE,- Eugenio Paoloni Uni-PI, Franco Cervelli INFN-Pi, Gabriele Simi - PD Univ, Gianluca Cavoto - INFN Roma1, Guido Tonelli – UniPI, Luigi Palumbo Uni-Sapienza, Manuela Boscolo LNF, Marcello Rotondo - INFN PD, Marco Centini Uni-Sapienza, Marica Biagini LNF Mario Antonelli – LNF, - Mauro Morandin - INFN PD, Pantaleo Raimondi – ESRF, Patrizia Azzi INFN-Pd, Roberto Di Nardo CERN, Roberto Tenchini - INFN PI, Susanna Guiducci – LNF, T Spadaro, Umberto Dosselli – INFN Pd- Marco Zanetti - Univ. e INFN Padova Effettuata Domanda di PRIN ( LowEmittanceMuMuAccelerator ) Avviata collaborazione con Orsay (si applichera’ per fondi ANR 1-2 post-doc) WP in eucard3 1 post-doc Si procedera’ con la domanda x ERC Altre idee?

3 Giudice Focus here

4 Studi di fisica Higgs factory? Multi-TeV √s e Luminosita’ Quale idea per il detector? (Multi-TeV in particolare) Fondi macchina Vedi ad esempio la produzione HH Molti aspetti sono da esplorare del tutto

5 @sqrt(s) = 3 TeV µµ->vvHH : 0.9 fb @sqrt(s) = 6 TeV µµ->vvHH : 2.1 fb Machine bkg limitations: xs with 4b in det. acceptance VBF HH production Not yet detailed studies

6 2 schemi sul mercato Conventional production: from proton on target  K decays from proton on target have typical P  ~ 100 MeV/c (  K rest frame) whatever is the boost P T will stay in Lab frame  very high emittance at production point  cooling needed! Direct  pair production: Muons produced from e + e -   +  - at √s around the  +  - threshold (√s~0.212GeV) in asymmetric collisions (to collect  + and  - )

7 Schematic Layout for muon source from e+ Key point: Positron source requirements strictly related to the e + ring momentum acceptance e+e+ ++ -- Positron ring e+ injector To accelerating complex target 60 m isochronous rings recombine bunches  + accumulator  - accumulator for ~ 1   lab ~2500 turns Positron beam parameters LEMMA e+ bunch spacing 200 ns e+/bunch3 · 10 11 Beam current 240 mA Rate e+ on target 1.5 · 10 18 e + /s

8 LHeC-class e+ source & e+ acceleration at 45 GeV (circular/linear options) e+ ring 100 KW target ++ -- isochronous rings Positron Beam Key Challenges ~10 11  / sec from e+e-   Key R&D 10 15 e+/sec, 100 kW class target, NON distructive process in e+ ring Muon Collider: Schematic Layout for positron based muon source

9 LHeC-class e+ source & e+ acceleration at 45 GeV (circular/linear options) e+ ring 100 KW target ++ -- isochronous rings Positron Beam share the same complex Key Challenges ~10 11  / sec from e+e-   Key R&D 10 15 e+/sec, 100 kW class target, NON distructive process in e+ ring Key Challenges Key R&D MW proton driver MW class target NCRF in magnetic field Ionization cooling High field solenoids (30T) High Temp Superconductor Cost eff. low RF SC Fast pulsed magnet (1kHz) Detector/ machine interface Fast acceleration mitigating  decay Background by  decay Fast cooling (  =2  s) by 10 6 (6D) ~10 13 -10 14  / sec Tertiary particle p     EASIER AND CHEAPER DESIGN, IF FEASIBLE ++ GO UP IN √s

10 Annual dose muon rate: p on target option 3 10 13  /s e + on target option 9 10 10  /s 1 mS/year Straight section arc Straight section arc p on target e + on target LEMC-6TeV ParameterUnits LUMINOSITY/IPcm -2 s -1 5.09E+34 Beam EnergyGeV3000 Hourglass reduction factor 1.000 Muon massGeV0.10566 Lifetime @ prodsec2.20E-06 Lifetimesec0.06 c*tau @ prodm658.00 c*taum1.87E+07 1/tauHz1.60E+01 Circumferencem6000 Bending FieldT15 Bending radiusm667 Magnetic rigidityT m10000 Gamma Lorentz factor 28392.96 N turns before decay 3113.76  x @ IP m0.0002  y @ IP m0.0002 Beta ratio 1.0 Coupling (full current)%100 Normalised Emittance xm4.00E-08 Emittance xm1.41E-12 Emittance ym1.41E-12 Emittance ratio 1.0 Bunch length (zero current)mm0.1 Bunch length (full current)mm0.1 Beam currentmA0.048 Revolution frequencyHz5.00E+04 Revolution periods2.00E-05 Number of bunches#1 N. Particle/bunch#6.00E+09 Number of IP#1.00  x @ IP micron1.68E-02  y @ IP micron1.68E-02  x' @ IP rad8.39E-05  y' @ IP rad8.39E-05

11 Come possiamo contribuire? P su targhetta Studi dettagliati da MAP: – produzione di protoni (frontend) – Targhetta per mu (5MW) – Cooling – Fast acceleration – Schemi collisione – Esperimenti: MICE Servono dimostratori $$ e + su targhetta Poco + che un’idea: – Targetta per  – Produzione e + – Fondi macchina – Anello positroni – Anelli  – Fast acceleration – Schemi collisione – test Dimostratori per ora $

12 Come possiamo contribuire? e + su targhetta Poco + che un’idea: – Targetta per  – Produzione e + – Fondi macchina – Anello positroni – Anello  – Fast acceleration – Schemi collisione – test Dimostratori per ora $ Esperienze in CSN1: simulazioni amorfi e cristalli (vedi UA9) Acquisita in vari esperimenti Rivelatori per i test

13 [Bagli, Cavoto] [Geant4] 43.8 GeV e + 4.1 mm Si Target Channeling plane: (110)

14 Come possiamo contribuire? Summary Fisica – Higgs Factory? – Multi-TeV Idee sul detector Schema e + su targetta – Targetta per produzione  Ottimizzazione targhetta e materiali Tenuta termomeccanica? – Produzione e + Servono idee …. (produzione nello stesso complesso di produzione di  ?) – Test $ Ricircolo di e + (ATF, DAFNE…?) Stress targhette Scopo: portare (insieme agli studi di macchina) lo schema e+ su targhetta ad un livello di compresione pari (o migliore) di P su targhetta Schema P su targhetta – Occorre finanziare un dimostratore