Tests Crab Waist & SuperB

1. Tests Crab Waist& SuperB A.Variola SFR JA 09 Roscoff, France, Octobre 2009

2. y Overlap area @ IP y* z • Cas de physique: la nouvelle usine a b doit avoir une luminosité 100 fois plus grande de PEP et KEKB!!!!!! :1) on y va avec les gros moyens (et difficultés…) : 10 A, focalisation forte, crab cavity…. • 2) On trouve une astuce…. Donc, qui sont les grands ennemis de la luminosité au point d’interaction (IP)? • Effet sablier (Hourglass) => bT>sz [Taille] • Disruption (pinch effect) [frep] • Collision parasite [emittance/tune] • Avec angle de collision => Couplage, beta-beta / beta synchro [emittance/tune]

3. Grand angle de Piwinski Transformation “Crab Waist” Petite surface d’intersection Emittances très réduites Très petit b* à l’IP Un b* encore plus petitc'est possible Pas d’interaction parasites Pas de résonances x-z!!!!!!!! Astuce:Une nouvelle idée pour la collision (LPA & CW) P.Raimondi, 2° SuperB Workshop, March 2006 Principe : focalisation plus forte à l’ IP + grand angle de Piwinski (LPA)[ ] + deux sextupoles/anneau pour “twister” le waist du faisceau au point d’interaction (CW)

4. Le Schéma Crab waist Pour une luminosité plus élevée 1)Un seul passage : haute valeur D (disruption) par les effet faisceau-faisceau (pinch) = petits sx,sy 2)Le faisceau a réutiliser dans un anneaux de stockage  pour maximiser frep«petit» D 3)Pour réduire D en même temps que sx,sy il faut également un petit sz Échanger x avec z avec l’angle de croisement Ce schéma permet de travailler avec un bêta très petit Mais : il introduit résonances B(x)-B(y) et S(z)-B(x,y) (fort couplage des coordonnées). «Crab Waist pensaci tu…» («Fais quelque chose pour moi…»)

5. Mais l’angle introduit des résonances !!!! • C’est comme avoir un Qpole focalisant dans les deux plans, avec un tilt x/z…. • CRAB WAIST : • Le waist vertical doit être une fonction de x: sextupole in phase avec le IP in X et a p/2 in Y ( il porte aussi une petite augmentation de la luminosité ) WEAK-STRONG Petite surface de collision : sx/q

6. Suppression x-y résonance in LPA&CW D.Shatilov’s (BINP), ICFA08 Workshop Luminosité beaucoup plus élevée! Avec Crab Waist : 1. grand angle de Piwinski >> 1 2.bycomparable àsx/q Cas typique (KEKB, DAFNE): 1. faible angle de Piwinski F< 1 2.bycomparable àsz

7. Schéma: Permet des b très petites et il évite les résonances • Le nouveau schéma a été testé sur DAFNE

8. Tests DAFNE Cerise sur le gâteau pour la dynamique du faisceau pour les programmes de physique • Pas de champ solenoidal du detecteur • Pas d’aimants séparateurs • Pas de bobines de compensation • Pas de collisions parasites • Faible impedance (IR simple, nouveaux soufflets, nouveaux kickers d’injection) • Respecte l’échéancier de DAFNE (clôture pour l’installation de SIDDHARTA à la mi-2007) • Satisfait aux nouveaux programmes de physique (SIDDHARTA, KLOE2, FINUDA...) • Petites modifications nécessaires • Coûts relativement bas (1 mln euro)

9. PROFILES FAISCEAU @IP ET NOUVEAUX PARAMETRES DAFNE (KLOE run) DAFNE Upgrade Une luminosité 3 fois plus grande obtenue avec un faisceau plus petit dans la dimension verticale

10. New Experimental Interaction Region

11. IP 5.5cm • Aluminium • Epaisseur fenêtre 0,3 mm

12. Crab On Taille du faisceau Crab off Deux detecteurs de lumi Crab off Crab on Le Crab Waist marche : premières preuves expérimentales

13. Résultats de luminosité Données moyennes sur une journée entière by=9mm, Pw_angle=1.9 Luminosité [1028 cm-2 s-1] Rien que LPA donne plus de luminosité by=18mm, Pw_angle=0.6 by=25mm, Pw_angle=0.3

14. by=9mm, Pw_angle=1.9 Luminosité normalisée [1028 cm-2 s-1] Mêmes dimensions du faisceau et luminosité normalisée à faible courant avec et sans Crab Sextupoles by=18mm, Pw_angle=0.6 by=25mm, Pw_angle=0.3

15. Les deux meilleurs résultats xy(max)=0.042

16. Luminosité normalisée avec ou sans Crab Luminosité normalisée avec ou sans Crab

17. Luminosité en régime weak-weak et weak-strong 1978 198 487 472 1.31E+32 1.01E+32 Courants faibles y ~ 0.020 Courants asymétriques y ~ 0.0626 Jan. 19th 2009 Jan. 9th 2009

18. Le schéma a été démontré et est prêt pour une nouvelle machine à haute luminosité.

19. Caractéristiquesprincipales de SuperB • Objectif : maximiser la luminosité tout en gardant une faible consommation de puissance • Design avec 2 anneaux (4x7 GeV): flexible • Optique -> ultra low emittance: 7x4 pm vertical emittance • Courants des faisceaux: comparable aux usines actuelles • Projet LPA & CW scheme utilisé pour maximiser la luminosité et minimiser l’augmentation de la taille du faisceau • Pas d’utilisation d’onduleurs (réduction de la consommation d’énergie) • Design basé sur le recyclage du hardware PEP-II (réduction des coûts) • Polarisation longitudinale pour e- dans le HER (sans precedents)

20. Comparaison entre SuperB et Super-KEKB Super-KEKB SuperB Une luminosité 100 fois plus élevée obtenue seulement avec un faisceau plus petit en vertical

21. Flexibilité des paramètres de SuperB

22. Extension des tests DAFNE à la machine SuperB • TEST on the beam-beam effect codes • 1) weak-strong ok • 2) strong-strong ok

23. Simulations faisceau-faisceau strong-strong => Check Dafne positif !!!!!! • Code modifié strong-strong (beaucoup plus rapide): • PIC dans la zone de recouvrement des faisceaux • gaussian aux limites June ’08 lattice Une luminosité de1036peut être atteinte K. Ohmi

24. S. Tomassini Anneaux SuperB Det. Hall • Campus de l’université de Tor Vergata : • zone verte • synergies avec le projet SPARX-FEL C = 1.8 km SPARX-I Linac SuperB SPARX-II • Laboratoires nationaux de Frascati : • infrastructures • synergies avec le projet SPARX-FEL • toujours possibles Injecteur Det. Hall C = 1.4 km Choix du site de SuperB site

25. Conclusions • Le test sur DAFNE ont montré que le programme LPA&CW marche ! • Le simulations weak-strong et strong-strong confirment l’expérience DAFNE => extension à SuperB • L’optimisation des paramètres deSuperB (environ 1 x 1036 cm-2 s-1) est en cours • Mini-MAC a approuvé le design de la machine: «Maintenant Mini-MAC encourage de manière enthousiaste l’équipe chargée du design de SuperB à procéder à la phase TDR et il est confiant que le paramètres du design pourront être atteints.» (avril 2009) • La phase planning pour la remise du Technical Design Report avant fin 2010 a débutée • Gouvernement italien => 15 MEuros pour la phase TDR • Machine polarisée • Forte corrélation avec LC • PROJET TRES INTERESSANT qui réuni tous les défis de la physique des accélérateurs et toutes les nouvelles idées…..

26. Nouveau design IR M. Sullivan • Nouveau design QD0 • QD0 & QF1 sont SC et • partagent le même cryostat • Des bobines de compensation • ont été incluses

27. SuperB Collaboration Team • D. Alesini, M. E. Biagini, R. Boni, M. Boscolo, • A. Clozza, T. Demma, A. Drago, M. Esposito, • Gallo, S. Guiducci, V. Lollo, G. Mazzitelli, • C. Milardi, L. Pellegrino, M. Preger, P. Raimondi, R. Ricci, C. Sanelli, G. Sensolini, M. Serio, • F. Sgamma, A. Stecchi, A. Stella, S. Tomassini, • C. Vaccarezza, M. Zobov (INFN/LNF, Italy) • K. Bertsche, A. Brachmann, Y. Cai, A. Chao, • DeLira, M. Donald, A. Fisher, D. Kharakh, • Krasnykh, N. Li, D. MacFarlane, Y. Nosochkov, • A. Novokhatski, M. Pivi, J. Seeman, M. Sullivan, U. Wienands, J. Weisend, W. Wittmer, G. Yocky (SLAC, US) • Bogomiagkov, S. Karnaev, I. Koop, • E. Levichev, S. Nikitin, I. Nikolaev, I. Okunev, • P. Piminov, S. Siniatkin, D. Shatilov, V. Smaluk, • P. Vobly (BINP, Russia) • G. Bassi, A. Wolski (Cockroft Institute, UK) • S. Bettoni, D. Quatraro (CERN, Switzerland) • M. Baylac, J. Bonis, R. Chehab, J. DeConto, Gomez, A. Jaremie, G. Lemeur, B. Mercier, • F. Poirier, C. Prevost, C. Rimbault, Tourres, • F. Touze, A. Variola (CNRS, France) • A. Chance, O. Napoly (CEA Saclay, France) • F. Bosi, E. Paoloni (Pisa University, Italy) CDR • M. E. Biagini, M. Boscolo, A. Drago, S. Guiducci, M. Preger, P. Raimondi, S. Tomassini, • C. Vaccarezza, M. Zobov (INFN/LNF, Italy) • K. Bertsche, Y. Cai, A. Fisher, S. Heifets, • A. Novokhatski, M.T. Pivi, J. Seeman, M. Sullivan, U. Wienands, W. Wittmer (SLAC, US),T. Agoh, K. Ohmi, Y. Ohnishi (KEK, Japan), • Koop, S. Nikitin, E. Levichev, P. Piminov, • D. Shatilov (BINP, Russia) • A. Wolski (Cockcroft, UK) • M. Venturini (LBNL, US) • S. Bettoni (CERN, Switzerland) • A. Variola (LAL, France) • E. Paoloni, G. Marchiori (Pisa University, Italy) TDR

28. Backup slides

29. New rings layout HER with spin rotator W. Wittmer • Introduced spin rotators on both sides of IP in HER to provide longitudinal polarized electrons at IP and maintain the chromatic characteristic of the original design necessary for the crab waist scheme, band width and dynamic aperture • Bends have opposite sign w.r.t. IP for spin transparency condition

30. Polarization in HER U. Wienands • Polarization of one beam is included • either energy beam could be polarized • LER less expensive, HER easier (HER was chosen) • Longitudinal polarization times and short beam lifetimes indicate a need to inject vertically polarized electrons • plan is to use SLC polarized e- gun • There are several possible IP spin rotators: • solenoids look better (vertical bends give unwanted vertical emittance growth) Expected longitudinal polarization at IP ~ 85%(inj) x 95%(ring) = 80%(effective) Spin rotator with solenoids and bends

31. SuperB Injector layout R. Boni 4 GeV 7 GeV FLINAC = 2856 MHz

32. Layout: PEP-II magnets reuse Dipoles Available Needed Quads Sexts All PEP-II magnets can be used, dimensions and fields are in range RF requirements are met by the present PEP-II RF system

33. The SuperB acceleratorfor flavour physics • SuperB exploits new design approaches: • large Piwinski angle (LPA)scheme allowing for peak luminosity³ 1036 cm-2 s-1 well beyond the current state-of-the-art, without a significant increase in beam currents or shorter bunch lengths • “crab waist”sextupoles used for suppression of dangerous resonances • low currents, with affordable operating costsandfewer detector backgrounds • polarized electron (positrons?) beam producing polarized t leptons, opening an entirely new realm of exploration in lepton flavor physics • A CDR was published in 2007, a TDR ready by end 2010 • SuperB project scrutinized by International Review Committee (chair J. Dainton, 9 members), accelerator by a MiniMachine Advisory Committee (chair J. Dorfan, 10 members) Both have endorsed the project for Physics program and accelerator feasibility

34. And so……………………