Conception optique d'un nouveau système de distribution de faisceau pour CLIC : le cas de deux régions d'interaction.Premières expériences pour la validation de la taille de faisceau ultra-faible betay* nanométrique à ATF2

Optics Design of a novel Beam Delivery System for CLIC : the case of two Interaction Regions. First experiments for the validation of the ultra-low betay* nanometer beam size at ATF2

• Auteur / Autrice : Vera Cilento
• Direction : Angeles Faus-Golfe, Rogelio Tomás García
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance le 15/11/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....) - European Organization for Nuclear Research. Proton Synchrotron Division
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Philip Burrows
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Buesser Karsten, Steinar Stapnes, Sebastien Bousson, Shigeru Kuroda, Benito Gimeno
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Buesser Karsten, Steinar Stapnes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lumière

Faisceaux, Dynamique des

Collisionneurs linéaires

Faisceaux de particules

Mots clés libres

Colisionneurs linéaires

Collisionneur Linéaire Compact (CLIC)

Dynamique des faisceaux

Système de focalisation finale

Luminosité

Linéar Collider

The Compact Linear Collider (CLIC)

Beam Dynamics

Beam Optics

Luminosity

Résumé

Le collisionneur linéaire compact (CLIC) pourrait produire des collisions e⁺ e⁻ dans deux détecteurs simultanément, éventuellement à une fréquence de train de paquets dans le linac deux fois supérieure à la valeur nominale de référence.Dans cette thèse, une nouvelle conception de système de diffusion à double faisceau (BDS) est présentée afin de desservir deux régions d'interaction (IR1 et IR2), y compris des conceptions optiques et l'évaluation des performances de luminosité avec le rayonnement synchrotron (SR) et les effets de solénoïde pour les deux étages d'énergie. de CLIC, 380 GeV et 3 TeV.IR2 présente un angle de croisement plus grand que la ligne de base actuelle.Les performances de luminosité du nouveau schéma CLIC ont été évaluées en comparant les différentes conceptions de BDS avec et sans les effets de champ du solénoïde du détecteur.Il faut souligner que l'impact du solénoïde du détecteur sur la luminosité n'avait pas été évalué pour la ligne de base CLIC actuelle, ce qui équivaut à une perte d'environ 4% qui correspond à la même valeur de l'ancienne conception de la ligne de base.À 380~GeV, la nouvelle conception à double BDS présente les mêmes luminosités que la ligne de base actuelle.Cependant, à 3 TeV, les performances de luminosité sont réduites de 2% par rapport à la conception de base pour l'IR1 et de 33% pour l'IR2.La conception double CLIC BDS fournit des luminosités adéquates à deux détecteurs et s'avère être un candidat viable pour les futurs projets de collisionneur linéaire.L'une des principales demandes des futurs collisionneurs linéaires est d'atteindre une taille de faisceau vertical nanométrique au point d'interaction (IP). Accelerator Test Facility 2 (ATF2) représente une mise en œuvre à échelle réduite du concept de système de mise au point final (FFS) basé pour tester le nouveau schéma de correction de chromaticité locale qui est mis en œuvre dans les conceptions du collisionneur linéaire international (ILC) et du collisionneur linéaire compact (CLIC). . Après plusieurs années d'exploitation et de mise en service, un sigmay* de 41 ± 3 nm a été mesuré à ATF2 avec l'optique nominale betay* en 2016. Ce thèse rapporte l'étude de réglage expérimentale réalisée avec l'ultra-low betay* pendant le fonctionnement du faisceau de mars 2019. Cette optique a un niveau de chromaticité comparable à celle de CLIC et on s'attend à ce qu'elle réduise sigmay* en dessous de 40 nm.

The Compact Linear Collider (CLIC) could provide e⁺+ e⁻ collisions in two detectors simultaneously possibly at a bunch train frequency in the linac twice the baseline design value.In this thesis, a novel dual Beam Delivery System (BDS) design is presented in order to serve two Interaction Regions (IR1 and IR2) including optics designs and the evaluation of luminosity performance with synchrotron radiation (SR) and solenoid effects for both energy stages of CLIC, 380 GeV and 3 TeV.IR2 features a larger crossing angle than the current baseline.The luminosity performance of the novel CLIC scheme was evaluated by comparing the different BDS designs with and without the detector solenoid field effects.It has to be highlighted that the impact of the detector solenoid on luminosity had not been evaluated for the current CLIC baseline, which amounts to a loss of about 4% that corresponds to the same value of the old baseline design.At 380 GeV the novel dual BDS design features same luminosities than the current baseline.However at 3 TeV the luminosity performance is reduced by 2% from the baseline design for the IR1 and by 33% for the IR2.The dual CLIC BDS design provides adequate luminosities to two detectors and proves to be a viable candidate for future linear collider projects.One of the main requests for future linear colliders is to achieve a nanometer vertical beam size at the Interaction Point (IP). Accelerator Test Facility 2 (ATF2) represents a scale down implementation of the final focus system (FFS) concept based to test the novel local chromaticity correction scheme that is implemented in the International Linear Collider (ILC) and the Compact Linear Collider (CLIC) designs. After several years of operations and commissioning, sigmay*of 41 ± 3 nm was measured at ATF2 with the nominal betay* optics in 2016. This thesis reports the experimental tuning study done with the ultra-low betay* during March 2019 beam operation. This optics has a level of chromaticity comparable with CLIC one and it is expected to reduce sigmay* below 40 nm.