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Influence des effets vibratoires sur les paramètres faisceaux de SuperKEKB

L’étude proposée est dédiée au collisionneur SuperKEKB, qui est un accélérateur de particules situé au KEK (High Energy Accelerator Research Organisation) au Japon. Il s’agit d’un anneau de 3 016 mètres de circonférence qui permet de collisionner un faisceau d’électrons de 7 GeV (du « High Energy Ring », HER) avec un faisceau de positons de 4 GeV (du « Low Energy Ring », LER) en un point d’interaction où se situe le détecteur Belle II. SuperKEKB, en mettant en œuvre des faisceaux nanométriques, a ainsi atteint en juin 2022 un record mondial de luminosité pour un collisionneur.

L’obtention de cette luminosité impose des contraintes sur la tolérance de positionnement et d’alignement des éléments de l’accélérateurs et l’étude de l’effet des vibrations est de ce fait cruciale. Dans cette perspective, l’équipe du LAPP a installé quatre capteurs sismiques (Guralp 6T) de chaque côté du détecteur pour mesurer le mouvement du sol et évaluer le déplacement des deux derniers cryostats (en mode encastré libre), à l’intérieur desquels, les derniers aimants de focalisation (les plus critiques pour les vibrations) sont intégrés. Les capteurs sont opérationnels 24h/24 et des rapports hebdomadaires sont disponibles sur une page web dédiée [1].

Ces mesures de vibrations ont été comparées à des mesures de luminosité, qui sont mises en œuvre par notre collaborateur IJClab (Orsay - IN2P3 CNRS) [2]. Cette étude a mis en évidence que les fréquences de plusieurs des principales perturbations de la luminosité correspondent à celles des principaux pics vibratoires, qui sont l’amplification du mouvement du sol par les modes propres du cryostat proche du point d’interaction. L’étape en cours est la quantification de ces phénomènes et l’évaluation de l’efficience des simulations optiques pour prédire ces effets. A ce stade, les dynamiques faisceaux de l’accélérateur sont implémentées grâce à un logiciel d’optique faisceau (SAD) et une première comparaison entre les résultats de simulation et les mesures sur site a été réalisée. Le premier objectif de ce stage sera de reproduire ces résultats et de les finaliser en implémentant par exemple une approche paramétrique. Ensuite, l’étude sera étendue à l’ensemble de l’accélérateur pour identifier les éléments les plus critiques. Cette étude sera fondamentale pour la future campagne de mesure qui sera menée par l’équipe sur site et qui aura pour but de mesurer la cohérence vibratoire le long de l’accélérateur, paramètre essentiel à l’analyse des données. Associé à cette partie de simulation optique, le stagiaire aura en charge l’automatisation du traitement des données pour l’analyse des mesures à partir de fichier Root et de scripts Python et Matlab, en vue de créer un premier outil cohérent et diffusable pour la collaboration.

A noter que cette étude est une étape stratégique pour l’étude de faisabilité du « Future Circular Collider » (FCC- ee) [4]. Ce futur collisionneur post-LHC du CERN, dont la circonférence sera d’environ 100 kilomètres, présente en effet de nombreuses similitudes avec SuperKEKB en termes de paramètres de physique et d’optique faisceau.

Ce stage se fera en collaboration avec l’IJClab et en lien étroit avec les équipes du KEK et du CERN engagées sur SuperKEKB et FCC.

  • téléphone : 04 50 09 55 65
  • encadrant : Freddy Poirier, Laurent BRUNETTI (LAPP Annecy), Philip Bambade (IJCLab Orsay)
  • email : brunetti@lapp.in2p3.fr , poirier@lapp.in2p3.fr