Prsentation PowerPoint

1
Stratégies pour le Collisionneur Linéaire à
électrons
Stratégie art de combiner des opérations pour
atteindre un objectif

Journées de prospective IN2P3/DAPNIA Giens 2002
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Origine de la Brisure de symétrie

• Modèle Standard ?
• Mesures de précision EW ? Higgs léger
• SM théorie ultime ? Problème de hiérarchie
• Super symétrie ?
• MSSM Higgs léger ( ?135 GeV ) ? Higgs du SM
• Origine de la brisure SUSY ?
• Secteur de Higgs étendu ?
• Nouvelle interaction forte ?
• Nouveaux bosons de jauge ?
• Nouvelles dimensions ?

mH 114.4 GeV _at_95CL
mH 196 GeV _at_95CL
Problème ouvert examen de toutes les hypothèses y
compris celles non encore émises
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Un pas vers la clarification
TEVATRON

Large Hadronic Collider
Premiers faisceaux/collisions avril 2007
Premiers run de physique en 2007 10 fb-1
(2.1033cm-2 s-1) Selon évolution
200-300 fb-1 en 5-6 ans
(3.4-10.1033cm-2 s-1 )
4
Collisionneur linéaire

Intense Activité internationale montrant
lintérêt dun LC en dessous du TeV comme le
prochain grand instrument en HEP avec
accélérateurs
- TESLA TDR 2001 - Snowmass report 2001 - ACFA
Report
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Consensus

Snowmass 2001 common statement of the Physics
groups
(all physics groups and contributors from all
regions)
HEPAP High Energy Physics Advisory Panel
janvier 2002
LC 1ière priorité du programme US
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Gouvernements
Principal Conclusions of the Consultative Group
Regarding the Road Map for High-Energy Physics
Juin 2002
The Consultative Group concurs with the
world-wide consensus of the scientific community
that a high-energy electron-positron linear
collider is the next facility on the Road Map.
There should be a significant period of
concurrent running of the LHC and the LC,
requiring the LC to start operating before 2015.
Given the long lead times for decision-making and
for construction, consultations among interested
countries should begin at asuitably-chosen time
in the near future. The cost of the LC will be
broadly comparable to that of the LHC, and can be
accommodated if the historical pattern of
expenditure on particle physics is maintained,
taking into account the additional resources that
the host country (or countries) will need to
provide.

• Consensus international
• LC opérant avant 2015 ie avec LHC
• Mise en place des structures rapidement
• Coût LC dans le budget international HEP usuel

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Gouvernements
Juillet 2002
Le Conseil supérieur de la science allemand
(Wissenschaftsrat)

TeV-Energy Superconducting Linear Accelerator
(TESLA), which under the supervision of the
Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) is being
planned as a global cooperation project. The
investment costs total Euro 3.1 billion
(machine).
Le WR recommande au FG de donner son soutien
complet dès que le projet aura été soumis avec
les détails du financement international et de la
coopération internationale
Décision politique en 2003
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Technical Review Commitee
Groupe de travail et réflexion à propos des
machines (G. Loew, SLAC)
Examen dun LC avec Ecm500 GeV, L 1034cm-2s-1,
extension potentielle à 1 TeV et plus
- TESLA - JLC (C-band) - JLC/NLC (X-band) -
CLIC

• TRC report ne choisira pas une techno
• Problèmes potentiels identifiés solutions
  développées
• Experts au fait des détails des autres projets
• Renforcer les opportunités de collaborations
• TRC première étape vers un LC comme une machine
  Internationale

rapport fin 2002
ICFA Chairman J. Dorfan succède à H. Sugawara au
1er janvier 2003
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Coordination des activités internationales
(M. Tigner, Cornell)
Mise en place du Comité de pilotage
Juin 2002
Coordination des activités LC des 3 régions,
mandaté pour 3 ans (2005)
Composante européenne Bertolucci Foster Maiani
Miller Richard Wagner
Asian SG
European SG
N. America SG
ECFA
gov
gov
gov
International Steering Group Directeurs KEK
SLAC CERN DESY FNAL LC region chairmen
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Coordination des activités internationales
Engage in outreach, explaining the intrinsic
scientific and technological importance of the
project to the scientific community at large, to
industry, to government officials and politicians
and to the general public. Based upon the
extensive work already done in the three regions,
engage in defining the scientific roadmap, the
scope and primary parameters for machine and
detector. It is particularly important that the
initial energy, the initial operations scenario
and the goals for upgradability be properly
assessed. Monitor the machine RD activities and
make recommendations on the coordination and
sharing of RD tasks as appropriate. Although the
accelerator technology choice may well be
determined by the host country, the ILCSC should
help facilitate this choice to the largest
degree possible. Identify models of the
organizational structure, based on international
partnerships, adequate for constructing the LC
facility. In addition, the ILCSC should make
recommendations regarding the role of the host
country in the construction and operation of the
facility.

• Promouvoir LC au delà de HEP scientifiques,
  industries, gouvernements
• Fédérer les trois régions
• Superviser coordonner les RD
• Volonté affirmée à réaliser un choix de
  technologie (M. Tigner)
• Définir une structure dorganisation
  Internationale (LC laboratoire global)
• Chiffrer les coûts par région
• Consortium de 50 Univ. US pour participer au
  RD LC
• 75 projets présentés au financement DoE NSF

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Bénéfices dun LC
Particules ponctuelles à Ecm connue maîtrise de
létat initial maîtrise du bruit de fond
(clarté) Examen de tous les états finals
Examen des distributions angulaires
Flexibilité de Ecm (sit span scan)
mesure au seuil Polarisation _at_ew scale
fR ? fL Haute luminosité mesures de
précision Modes satellites ??,e?,ee

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Environnement clair
ee-?HZ?4 jets

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illustration
Manifestation directe de Dimensions
Supplémentaires
Exemple ee- ? ? G
s a (vs)d

Signature simple un seul Photon dans le
détecteur

Polarisation pour maîtriser le fond
Ecm clairement définies
vs500 GeV 500fb-1 P vs800 GeV 1 ab-1 P
LC détermine le nombre de dimension, puis MD
MD5..04TeV (1) pour d2
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Machines
TESLA
JLC
NLC



? paramètres des machines US et japonaise sont
légèrement différentes
L 5.1034cm-2s-1 107s/an ? 500 fb-1/an
CLIC multi TeV 30 GHz gradient de 150 MV/m
source de puissance par beam drive en phase de
RD de longue durée
supraconducteur RF klystron long pulse
Warm linac klystrons Cu
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Technical Review Commitee
Réunion Octobre 2002
Conclusions de G. Loew

• In any case, Crucial RD remains to be done
  between now and the end of 2003
• If one had to launch a project today for 500
  GeV, TESLA would be the only one having
  essentially proven performance specs for the
  main linac RF system
• By the end of 2003, we should hoppefully know if
  TESLA can reach 800 GeV
• By the end of 2003, we should also hopefully
  know if JLC(X)NLC(500 GeV) can meet its main
  linac RF system
• If yes, then the International Community could
  make a choice based on the other respective
  merits of these machines

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Technical Review Commitee
Réunion Octobre 2002
Conclusions de G. Loew

• Crucial RD until end 2003
• Tesla 500 only project with proven performances
  for the main linac
• By the end of 2003 Tesla 800 and JLC(X)NLC(500
  GeV) could be proven
• International Community could then make a choice

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Brisure de la symétrie ew
boson de Higgs

Boson de Higgs accessible au LHC ou au TEV
? détermination complète de la nature du Higgs

• Masse
• Largeur totale
• Rapport dembranchement
• Spin/parité
• Couplage aux fermions (y compris top)
• Couplage aux bosons
• Auto couplage
• Est-il le Higgs du MS ?

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masse
indépendant du mode de désintégration du Higgs
Contrainte de Ecm
40 MeV lt dMh lt 80 MeV i.e. lt0.06
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BR largeur ?
Spin ?
Vérification du couplage à la masse

s a ß
20fb-1/pt
? Très difficile au LHC
?BR/BR3
?BR/BR(h240?WW,ZZ)6
BR(H?gg)6 LC ? LHC
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Tester le mécanisme de Higgs
Potentiel de Higgs ?
auto couplage du Higgs détermine le potentiel de
Higgs
??/?20 (10) mh ?140 GeV vs500 (800) GeV
1ab-1
? Très difficile au LHC
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Super Symétrie
Comprendre lorigine de la brisure de Susy
Déterminer expérimentalement les paramètres
dynamiques sans hypothèse de classe de modèle
(mSUGRA, GSMB, etc.)

• LHC sparticules lourdes
• LC sparticules légères
• détermine avec hte précision
• masses,
• spin,
• angles de mélanges,
• phases,
• termes trilinéaires, etc.

Mesures de précision essentielles pour accéder à
la Grande Unification
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Tester la Grande Unification
Masses des gauginos
des sfermions
Impact du LC

LHC
Discriminer les hypothèses
mSUGRA
LC LHC
LHC
LC
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Tester la Grande Unification
Masses des gauginos
des sfermions
Impact du LC

LHC
Discriminer les hypothèses
mSUGRA
GMSB
LC LHC
LHC
LC
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Synergie HC et LC
TEVatron LHC LC Théorie
Groupe de travail LHC/LC ATLAS, CMS, TEV, LC
Théorie G. Weiglein, F. Paige, H.Schellman
De nombreux sujets en discussion
www.ippp.dur.uk/georg/lhclc
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Synergie LHC et LC
e.g.
Cascade de squark _at_ LHC
LHC
LC
dM ?2/ M ?2
Au LHC, la reconstruction des particules SUSY
dépend de la connaissance de la masse du LSP
Mesure précise de la masse du LSP améliore la
résolution des particules lourdes
ATLAS TDR
dM ?1/ M ?1
Candidat Dark matter
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Run scénario
Flexibilité
LC démarrage quelques années après celui du LHC
run entre 200 et 500 GeV
Migration vers Ecm max selon les observations

• un higgs au LHC
• établir les paramètres, MSSM ou MS
• Indices pour dautres Higgs, paramètres
• un signal de SUSY
• établir les masses, les mélanges, etc.
• un signal de nature inattendu
• Établir ses caractéristiques
• pas de signal clair au LHC
• HZ avec Z-gtvisible

Origine de EWSB
Origine de SUSY
Théorie sous-jacente
Discriminer les modèles
invalidation/renforce du MS, NP
En prime physique du W, top, QGC, TGC
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Stratégies Régionales

• Priorité claire des 3 régions (!) pour un LC
  construit et opéré à léchelle mondiale
• Structures mises en place pour y parvenir en 2005
• Date de réponse des gouvernements ?
• la réponse allemande attendue en 2003

i.e. début construction 2005
28
Mars 2001 TESLA Colloquium Juillet 2001
Snowmass Septembre 2001 2nd Workshop ECFA-DESY
Janvier 2002 HEPAP Février 2002 LC02 _at_SLAC
Juin 2002 OCDE Juin 2002 ICFA ILCSC Juillet
2002 ACFA Workshop Juillet 2002 Wissenschaftrat
Août 2002 LCWS02 Jeju Island Octobre 2002
Consortium Univ. US Décembre 2002 rapport G.
Loew

Gradient dactivité
Aspects Machines, Physique, Théorie, Analyse,
Détecteurs
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Séminaire Orienté vers une Contribution au
Linéaire à Electrons
Réflexion en France Laboratoires IN2P3 DAPNIA

I LPHNE-X Palaiseau 1999 II LAL
Orsay 1999 III LPHNE Paris 1999 IV DAPNIA
Saclay 1999 V LPC Clermont 2000 VI LPT
Montpellier 2000 VII LPHNE Paris 2001 VIII
LAL Orsay 2002 IX IReS Strasbourg 2002
livre
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A la Question Fondamentale de la Physique au delà
du Modèle Standard

• Aspects abordés par LHC grâce à une sensibilité
  en masse plus élevée

• Dautres réalisés par LC grâce aux mesures de
  précision accès étendu à linformation

Linterprétation conjointe LC/LHC est nécessaire
à lélaboration de la théorie sous-jacente
Synergie LHC ? LC
Synergie Fait de mettre en commun des
ressources pour parvenir à des effets précis
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Technical Review Commitee
The Broad Picture

• The TRC believes that there are no discernable
  show stoppers or insurmountable obstacles to
  build TESLA, JLC(C) or JLC/NLC(X) in the next few
  years
• While these three approaches differ in their
  relative degree of technical readiness and their
  upgrade potentials, any of these machines could
  probably start construction in the next 3-5 years
  
• Realizing a linear collider in a timely way
  requires enhanced collaboration between all
  laboratories and joining of all forces behind a
  unified design and a single technology

Réunion Octobre 2002