HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ1 Nie tylko LHC: przyszłość eksperymentów FT (fixed target) w CERNie Workshop w Villars sur Ollon, Wrzesień 2004 uczestnicy:

Prezentacja na temat: "HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ1 Nie tylko LHC: przyszłość eksperymentów FT (fixed target) w CERNie Workshop w Villars sur Ollon, Wrzesień 2004 uczestnicy:"— Zapis prezentacji:

1 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ1 Nie tylko LHC: przyszłość eksperymentów FT (fixed target) w CERNie Workshop w Villars sur Ollon, Wrzesień 2004 uczestnicy: członkowie/kinie Komitetu Akceleratora SPS plus zaproszeni

2 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 2

3 3 Cel nakreślony przez CERN: to review present and future activities and opportunities in fixed-target physics, and to consider possibilities and options for a future fixed target programme at CERN globally important realistic (beams + resources) short, intermediate, and long term from the SPC NB: SPSC nie `decyduje tylko `rekomenduje

4 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 4 Struktura sesji: topicchief convenerconveners anti-protonsH Bialkowska R Batley, M de Jong G Hamel de Monchenault neutrinosD WarkM Doser, M Piccolo heavy flavor G Hamel de Monchenault S Forte J Ritman,A Sch ä fer soft and hard hadrons U St ö sslein M Doser, S Forte S Kox Heavy IonsL Kluberg I Brock, A Sch ä fer

5 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 5 Warunki brzegowe: dla SPS Przez cały rok 2005 i część 2006 – SPS shut-down Trzy zasadnicze programy zatwierdzone na lata 2006 – 2011: Spolaryzowana wiązka (190 GeV/c) na spolaryzowanej tarczy (COMPASS) Wiązki hadronowe (<280 GeV/c) CNGS (wiązka neutrinowa do Gran Sasso)

6 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 6 CERN 2004 Gatignon

7 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 7 North 2004 Gatignon COMPASS

8 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 8 Główny problem z wiązkami: tzw. p.o.t. shortage – nie wystarcza intensywności dla FT i CNGS

9 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 9 Dane doswiadczalne czułe na oscylacje opisane są zbiorem 7 parametrów: 2 m 2, 3 kąty mieszania, faza CP i kolejność (m 1 < m 2 < m 3 lub m 3 < m 1 < m 2 ) Ostatnia standardowa parametryzacja (3 = 99.7%): Faza CP i kolejność - nieokreślona Program neutrinowy: przypomnienie

10 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 10 Sesja neutrinowa: stan obecny i bliska przyszłość CNGS

11 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 11 Projekt CNGS w czasie:

12 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 12 Eksperyment OPERA 56 emulsion films / brick for the full detector: 2 supermodules 31 walls / supermodule 52 x 64 bricks /wall 200 000 bricks Pb Emulsion layers 1 mm Plastic base Δm 2 =1.2x10 -3 eV 2 2.7 events Δm 2 =2.4x10 -3 eV 2 11 events Δm 2 =5.4x10 -3 eV 2 54 events

13 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 13 Eksperyment ICARUS muon spectrometer 2 kton Fe B=1.8 T 3m 3 kt in LNGS 2005 ? LAr drift

14 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 14 ICARUS 2641812 2 Wire coord. (m) Drift Coord. (m) Zoom View 3.9 m 1.3 m Full 2D view from the Collection Wire Plane T600 test: Run 308 - Evt 7 ultimate vertex resolution: T600 ready … LNGS

15 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 15 Czyli: w maju 2006 wiązka do LNGS Potem przez 5 lat ICARUS i OPERA badają oscylacje - no compelling case for extending CNGS beyond 2011@ realisable pot/yr

16 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 16 Co dalej: wizja superbeams Co dalej: zwiększyć intensywność Wizja na 2008-15

17 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 17 beam of 1GeV Kamioka J-PARC (Tokai-village) x x disappearance e e appearance NC measurement 0.75 MW 50 (40) GeV PS Super-K: 50 kton Water Cherenkov ~Mt Hyper Kamiokande 4MW 50GeV PS CP violation proton decay Approved exp (x10 2 of K2K) Future Extension Ale rośnie konkurencja: T2K (Tokai-to-Kamioka) LOI: hep-ex/0106019hep-ex/0106019 Nishikawa

18 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 18 T2K Schedule Possible upgrade in future 4MW Super-J-PARC + Hyper-K (1Mt water Cherenkov) CP violation in lepton sector Proton Decay 20042005200620072008 SK full rebuild T2K construction physics run K2K 2009 PS commisionning Nishikawa

19 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 19 Wiązki beta - wiązki neutrin z rozpadów przyspieszonych i utrzymywanych w pierścieniu kumulującym jąder radioaktywnych Obecnie olbrzymie zainteresowanie i aktywna działalność CERN Courier 4, 5, 7/8 (2004), Nuclear Physics News 14/2 (2004) Może inaczej budować wiązki :

20 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 20 Neutrino. PPAP Mar. 25 04 …oscillations Imperial College/RAL Dave Wark Slide from M. Lindroos

21 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 21

22 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 22 Potencjalne możliwości:

23 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 23

24 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 24 Podsumowanie konkluzji SPSC: - no compelling case for extending CNGS beyond 2011@ realisable pot/yr A direct superbeam from a 2.2 GeV SPL does not appear to be the most attractive option for a future CERN neutrino experiment as it does not produce a significant advance on T2K. We welcome the effort, partly funded by the EU, concerned with the conceptual design of a β-beam. At the same time CERN should support the European neutrino factory initiative in its conceptual design Raczej nie SPL, go for factory!

25 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 25 Sesja Flavour Physics

26 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 26 1.CP, CPT measurements (well known decays) K ± π ± π ± π ±, K ± π ± π 0 π 0, K ± π ± π 0 γ, K S 3π 0, K S πν, +–, 00 2.Long-distance modes (tests of low-energy effective th.) K ± π ± + –, K L + – 3.New physics decays (SM = 0): LFV (K L μe, K L,K ± πμe) 4.Precision measurements (SM = small, NP window): Transverse μ polarization (K + πμν, K + μνγ) 5.Short-distance modes (SM = precise) K L π 0 + –, K L π 0 νν, K ± π ± νν Kaon decays map: (Marco Sozzi &Villars)

27 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 27 NA48-Future Working Group We identified the Rare Kaon Decays as the next logical step of the Kaon Programme at CERN Short term (2004-2010): NA48/3 K + + LETTER OF INTENT Longer term (>2010): Assuming a new or refurbished SPS capable to deliver higher intensity/energy as the ultimate injector for LHC NA48/4 K L 0 ee ( ) NA48/5 K L 0 CERN-SPSC-2004-010 SPSC-EOI-002

28 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 28 Kaon Rare Decays and the SM CP-Violation (Holy Grail) CP-Conservation Kaons provide quantitative tests of SM independent from B mesons The state-of-the-art was reviewed by L. Littenberg |V td |

29 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 29 Z podsumowania :

30 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 30 Kaon decay experiments landscape:

31 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 31 SPSC new rare decay frontier in K physics at CERN new experiments planned for K πνν important support R&D now for K + π + νν results 2010 - no competition … yet! longer term opportunity for K 0 π 0 νν - direct competition (decay at rest) synergy with energy frontier @ LHC … @ CERN - B-physics - LF violation

32 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 32 Sesja soft&hard hadrons COMPASS ΔG/G Zasadniczy cel: polaryzacja gluonu, czyli wkład spinu gluonu do spinu protonu Metoda: pomiar asymetrii w produkcji D… Wiązka

33 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 33...albo z pomiaru par hadronów z dużym p T h h Leading process h h Gluon radiation (Compton) h h Photon Gluon Fusion (PGF) Tu konkurencja: spolaryzowane wiązki protonowe w RHIC

34 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 34 Jest też rozległy program hadronowy:

35 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 35 Program na jeszcze później: GPD czyli Generalized Parton Distributions W programie badania polaryzacji gluonów – badamy pęd podłużny, struktura poprzeczna wycałkowana Aby zbadać rolę orbitalnego momentu pędu – trzeba danych o strukturze poprzecznej To można badać w kanałach ekskluzywnych – takich jak deeply virtual Compton scattering

36 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 36 FT hadron program remains very competitive COMPASS complete in medium term - ΔG/G - transversity, polarisability, spectroscopy - SPSC p.o.t. concern prioritise COMPASS longer term - GPD measurements would be unique

37 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 37 Sesja antyprotonowa (mało kto o tym wie…)

38 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 38 Unique Ac Decelerator Gatignon

39 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 39 Nowy projekt: dodatkowy pierścień deceleratora (ELENA) - niższa energia, większa intensywność Potencjalna konkurencja: projekt FLAIR w GSI, ale to >2012 Na razie – CERN jest jedynym miejscem na świecie dla tych badań

40 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 40 Unique Physics at CERN ASACUSA ATRAP ATHENA - routine production of H - antiprotonic He = p e - deceleration and capture of p production of H and He - yield ! spectroscopy; ideally 1s 2s - presently quantum state: n~30 ! - - - - CPT matter-antimatter

41 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 41 Michelangelo Mangano

42 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 42 Sesja ciężkojonowa:

43 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 43 Chromodynamic Phase Equilibria SPS @ phase transition T Early universe RHIC, LHC B Hadronic matter Critical endpoint Quark-Gluon Plasma (QGP) Nuclei Chiral symmetry broken Chiral symmetry restored Baryon Dominated HG Meson Dominated HG Color superconductor Neutron stars QGP SPS

44 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 44 North: Heavy Ions >2005 After the long shut-down ions will be injected into the SPS via LEIR. The LEIR project has been launched for filling the LHC with ions. Filling the SPS instead will require more resources. If the ions are required for the SPS fixed target program and if the required resources are made available, one might expect to get: Lead ions from 2009 (after PS-SPS-LHC ions running-in) Other (lighter) ions depending on LHC ion physics program. It should be noted that many relevant non-radioactive ion species are possible in principle, but with significant preparation time and effort. Note that North Area and LHC ions are exclusive if not the same ion It should be noted that ion injection via LEIR for fixed target has not yet been studied in depth. More studies are required at the source, Linac3, LEIR, PS and at the SPS. Gatignon

45 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 45 SPSC longer term (SPSC) - chase and evaluate the critical point @ CERN establish optimal theoretical signatures optimise experiments for signal and sensitivity - unique @ CERN, timely even 2009, important - 2009 CERN FT + LHC HI synergy no overwhelming scientific need for ion+ion FT < 2009

46 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 46 Varia: CAST: poszukiwanie axionów ze Słońca (tu przynajmniej nie ma problemu z wiązką) AD4: nietypowy eksperyment: badanie biologicznych efektow zimnych pbar – wizja terapii DIRAC:

47 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 47 atomic pairs free pairs ππ and Kπ atoms

48 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 48 9. Summary fixed target physics at CERN - 2011: physics vibrant, important, leading SPS p.o.t ? schedule/prioritise/improve completion of hadron program essential CNGS window before T2K hadron production for ν physics ion+ion 2009 (synergy with LHC) rare flavour 2009 (synergy with LHC) fundamental physics with p atoms (+medical) - increasing p.o.t

49 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 49 Summary All but HI benefit from/require high intensity RCPS … fixed target physics at CERN - > 2011: physics must be vibrant, important, leading ion+ion 2009 (synergy with LHC) rare flavour 2009 (synergy with LHC) fundamental physics with p atoms hadron structure: GPDs dynamics: low energy, resonance ν physics: evaluation & R&D @ CERN p-driver superbeam detector global context NF - … if appropriate ? synergies with other science? SPL?

50 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 50 Moje (HB) prywatne subiektywne konkluzje: Do uruchomienia LHC: COMPASS is a flagship experiment – program g/g najważniejszy Program hadronowy też ma szanse Bardzo silne poparcie dla przygotowania NA48/3 – bo to uzupełnia poszukiwanie Nowej Fizyki Trzeba do 2011 skończyć wykorzystanie CNGS Program AD – OK Ciężkie jony muszą poczekać

51 HB, seminarium 14.01.05, IFD/IPJ 51 Nowości w wizjach na przyszłość: Walka o intensywność: superbeams? (megawatowe wiązki protonowe – dla neutrin ale i dla rzadkich rozpadów), a z czasem – zwiększenie intensywności w LHC Beta beams – sprzymierzenie się z programami jądrowymi Wyraźna zachęta dla włączenia się w programy studyjne dla fabryki neutrin