Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 1 J.Cvach, V.Vrba, J.Zálešák Linear Collider Workshop 2005 Stanford, March, 2005

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 2 LCWS History LCWS th in a series of International Workshops - after: Apr 2004, Paris, France Aug 2002, Jeju Island, Korea Oct 2000, Fermilab, Batavia, Illinois 28 Apr - 5 May 1999, Sitges, Barcelona, Spain 8-12 Sep 1995, Iwate, Japan Apr 1993, Waikoloa, Hawaii 9-14 September, 1991, Saariselka, Finland

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 3 LCWS organization Sponsored by the World Wide Study for future e+e- Linear Colliders: which coordinates three regional studies: - the European Committee for Future Accelerators (ECFA), - the North American Linear Collider Physics Group (ALCPG) and - the Asian Committee for Future Accelerators (ACFA) Study

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 4 Statements In , the three regional organizations of the HEP community - ACFA in Asia, HEPAP (High Energy Physics Advisory Panel) in North America, and ECFA in Europe - have reached the common conclusion that the next accelerator should be an electron-positron linear collider with an initial centre-of-mass energy around 500 Giga- electronvolts (GeV), later upgradable to higher energies. In August 2004 the International Committee on Future Accelerators (ICFA): - approved a recommendation for the technology of the future International Linear Collider. - future LC: an international project - ILC

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 5 Tasks for LC Physics/Detector Studies Inputs to Machine Design (GDE) –Options (  e   e  e   Giga-Z...) (K. Hagiwara) –Number of IRs : A task force being formed –MDI issues including : (T. Tauchi) Crossing angle Constraints from detector designs Design and Build Detectors –Establish detector concepts (T. Behnke) –Perform necessary R&Ds (W. Lohman) –Study physics/detector bench marks (T. Barklow, M. Battaglia) V.V., J.Zálešák Sharpen LC Physics Cases –New Physics Models (S. Dimopolous) –LHC and LC (G. Weiglein) –Cosmology and LC (J. Feng) –Outreach (K. Buesser) J.Cvach ( ) : plenary talks this workshop.

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 6 Detector Concept Studies SiD –Silicon tracker, 5T field –SiW ECAL North America “LDC” –TPC, 4T field –SiW ECAL (“medium” radius) Europa – a la TESLA “GLD” –TPC, 3T field –W/Scintillator ECAL (“large” radius) Japan

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 7 Concept of the detector system for the future e+e- linear collider VxDet HCal ECal TPC Image from the TDR ECFA-DESY

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 8 Concept of the detector system (cont’) +  jet 2 =  ch 2 +   2 +  h0 2 + σ 2 confusion Typical jet event (MOKKA simulation + CALIMERO visualization) E jet = E ch + E γ + E h-neutral Energy composition break down: ≈ 65% 25% 10% σ ch 2 = (2x10 -5 ) 2 x Σ i E 4 ch,i σ γ 2 = (0.11) 2 x E γ = (0.06) 2 x E jet σ h0 2 = (0.40) 2 x E h0 = (0.12) 2 x E jet + ≈ (0.13) 2 x E jet + σ 2 confusion The “confusion” term sources are: imperfections of pattern recognition of the deposited energy, wrong track association to the energy cluster(s) in calorimeter, energy double counting, etc. Such term can contribute significantly and often dominates. Adapted from Dean Karlen

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 9 Concept of the detector system (cont’) +  jet 2 =  ch 2 +   2 +  h0 2 + σ 2 confusion + ≈ (0.13) 2 x E jet + σ 2 confusion To, že detektory budou umístěny ve velmi silném magnetickém poli 4-5 Tesla, má zásadní vliv na jejich konstrukci: - miniaturizace; - vývoj nových detekčních technik..

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 10 Concept of the detector system (cont’) Výrazným příkladem nových R&D je kalorimetrie: Zdálo by se, že k dosažení jemné granularity hadronového kaorimetru stačí např. použít „přeškálovanou“ všestranně testovanou a ověřenou koncepci TileCalu a la ATLAS. Potřeba miniaturních fotodetektorů schopných pracovat v silném magnetickém poli iniciovala intenzívní vývoj polovodičových fotonásobičů (APD, SiPM), na jejichž testování se podílíme – viz příspěvek J.Zálešáka. Výsledky simulací jednoznačně ukazují, že silikon-wolframový elektromagnetický kalorimetr představuje optimální řešení pro instrumentaci experimentů na LC. Umožňuje lokalizaci elektromagnetických spršek s velmi dobrým prostorovým a energetickým rozlišením a taktéž slouží jako trasovací detektor pro nabité hadrony. Pražská pracoviště FZU a MFF jsou členy kolaborace CALICE pro vývoj kalorimetrie pro příští lineární urychlovač e+e-.

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 11 CALICE ECal TPC ECal HCa l tungsten coil ModuleModule vertical structure Detector slab }

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 12 Physics prototype – Detector slab (C / W) structure type H Front End electronics Cooling system Aluminum shielding Silicon sensor array sensor pad 1 x 1 cm 2 Vertical cross section

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 13 Physics prototype - sensors Wacker 530  m material, ≈ 6 k  cm Topsil 500  m material, 12 k  cm Two Si sensor vendors : ON Semiconductor, Czech Rep. Elma, Russia ON Semiconductor prototype sensors measured and qualified: New design gds file prepared and submitted to ON Semiconductor :

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 14 ECal design consideration a) Materials with small Moliere radius  better containment of shower cascade around the impact track and smaller shower overlap: IronTungsten b) Materials with small ratio of radiation length/ interaction length  better separation of el-mag. and hadronic showers: ZAXo/λIXo/λI Fe Cu W Pb U from Steve Magill π+π+ γ γ

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 15 Calorimetry performance All the detectors – including hadron calorimeter (not discussed here) - should represent well balanced system. The requirements of significant improvement of energy pattern recognition (and thus jet energy resolution) requires high degree of tracking capability of calorimeters. An improvement of the jet resolution from 60%/√E to 30%/√E for the channels e+e-  ννZZ or 800 GeV is spectacular: It is equivalent to the luminosity increase by 40%.

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 16 Detector Timeline by WWS (2004) ITRP tech. recommendation Set up 3 panels (detector R&D, MDI, and costing) (2005) Accelerator CDR~ spring 2006, “Detector outline documents” submitted to WWS by concept teams (2007) Accelerator TDRWWS receives a detector CDR from each concept team (2008) LC site selectionCollaborations form and submit LOIs for proposal to the global lab Site selection + 1yrGlobal lab selects experiments. Timed to machine benchmarks

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 17 Milestones of ILC (by sugimoto) GDE (Design) (Construction) Technology Choice Acc CDR TDRStart Global Lab. Det. Detector Outline Documents CDRsLOIs R&D Phase Collaboration Forming Construction Detector R&D Panel Tevatron SLAC B LHC HERA T2K Done! Detector

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 18

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 19

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 20 Field Cage- homogeneous E field Mechanical Frame (< 3% X 0 ) Novel Gas Amplification System Gas Mixture Performance at High B – Field (100  m (R  ) Resolution) Design Studies (GossamerTracker) (Resolution, Track Efficiency) Long Silicon Strip sensors (Barrel) Si Drift sensors (Forward) Mechanical Support (<1% X 0 per layer FE Electronics (low noise, digitisation) Gaseous or Silicon Central Tracker  1/p) = 6 x GeV -1

Seminář SEČ, 12 května 2005Václav Vrba 21 Jet(quark) reconstruction With, Z/W  jj can be reconstructed and separated