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ILC

Le projet de Collisionneur Linéaire International (ILC) est le futur grand instrument de la physique des particules, dédié notamment aux mesures de précision des particules du Modèle Standard et de ses extensions. Compémentaire du LHC construit au CERN, il permettra en particulier de caractériser finement le boson de Higgs et les particules du modèle supersyétrique. L’obtention des très haute énergies (500 1000 GeV) et luminosités (environ 2 1034 cm-2s-1) visées nécessite une R&D importante, aussi bien au niveau de l’accélérateur que du détecteur. Une intégration très pousée entre le détecteur et les éléments les plus proches de la ligne de faisceau est aussi cruciale pour maîtriser les bruits de fonds induits par le faisceau, favoriser les diagnostics nécessaires aux réglages et au contrôle des paramètres et assurer des conditions optimales pour l’expérimentation de physique. Le groupe « Interface Machine-Détecteur » (MDI) du LAL participe depuis deux ans à ce travail jugé prioritaire, en collaboration étroite avec une communaté de physiciens des particules et des accélérateurs de plusieurs pays.

 

Évaluation des pertes faisceau et bruits de fond machine

Le faisceau post-collision de l’ILC, avec une distribution en énergie fortement dégradée (due principalement à la perte d’énergie par beamstrahlung), doit être tranporté depuis le point d’interaction jusqu’à une cible d’arrêt. Avec une puissance allant jusuq’à 20 MW, le faisceau post-collision doit être extrait avec le minimum de pert dans la ligne d’extraction (de quelques centaines de mètres de long). Malgré toute l’attention portée la conception de cette ligne, les pertes faisceau sont inévitables. Leurs caractérisations présentent un intérêt tant du point de vue de la machine que du point de vue du détecteur. Avec des tolérances de quelques milliwatts par gramme, les éléments optiques supraconducteur de la machine peuvent subir une transition résistive si les pertes sont trop importantes. Elles vont, de plus générer des particules secondaires (photons, neutrons, muons …) pouvant êre rétro-diffusées au point d’interaction provoquant du bruits de fond dans le détecteur. Il convient donc pour caractériser ces pertes de simuler les effets faisceau-faisceau, d’étudier les pertes des particules dans la ligne d’extraction, et finalement de simuler la réponse du détecteur aux particules rétro-diffuées l’ayant atteint. Dans le cadre de cette activité, l’étude des pertes faisceau a été réalisée sur les schémas alternatifs faible angle de croisement de 2mrad .La précision des pertes de puissance dans les éléments supraconducteur et la nécessité d’avoir pour les particules rétro-diffusées une statistique suffisante, nécessite de travailler avec un nombre important de particules post collision.

Nous avons ainsi produit des fichiers Guinea Pig hautes statistiques en utilisant la grille de calcul (LCG/EGEE). Les particules ainsi produites sont propagées dans la ligne d’extraction et les pertes faisceau identifiées. La simulation Geant4 BDSIM, permet de gérer non seulement la propagation du faisceau dans la ligne d’extraction mais aussi, lorsque des pertes de faisceau apparaissent les particules secondaires produites. Les photons rétro-diffusées dans le détecteur ont fait l’objet d’une attention particulière. Par des considérations géométrique, nous avons sélectionné les photons rétro-diffussés pouvant atteindre le détecteur (celles pouvant passer dans l’ouverture du BeamCal, l’élément de plus petite ouverture de la ligne d’extraction). Ces photons de basses énergies, typiquement inférieur au MeV, sont ensuite injectés dans la simulation Geant4 du détecteur Mokka. La reconstruction des événements et le nombre de signaux induits dans le détecteur se font en utilisant le logiciel de reconstruction Marlin . L’ensemble de ces procédures nous a permis de montrer que dans le cas des paramètres nominaux de faisceaux de l’ILC et pour un angle de 2mrad le bruits de fond induit dans le détecteur est négligeable au regard des pairs direct issues des effets faisceau-faisceau. Notons que l’ensemble de ces simulations ont été effectuées sur la Grid LCG/EGEE.