Determination of the absolute luminosity at the LHC

par Simon White

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Patrick Puzo.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Détermination de la luminosité absolue au LHC


  • Résumé

    Les paramètres les plus importants pour les performances d'un collisionneur de particules sont l'énergie et la luminosité. Les hautes énergies permettent aux expériences de physique des particules d'étudier de nouveaux effets. La luminosité décrit la capacité du collisionneur à produire le nombre requis d'interaction utile ou événement. Le Large Hadron Collider (Grand Collisionneur de Hadron) ou LHC a été conçu pour produire des collisions proton proton à une énergie dans le centre de masse de 14 TeV. Cette énergie est la plus haute jamais atteinte jusqu'alors dans un accélérateur de particules. Les connaissances et la compréhension de la physique des particules à de telles énergies sont basées sur des simulations et des prédictions théoriques. Contrairement aux collisionneurs électron positron pour lesquels la section efficace de diffusion de Bhabba peut être précisément calculée et utilisée pour calibrer la luminosité, il n'existe pas de processus ayant une section efficace bien connu et un taux de production suffisant pour être utilisé afin de calibrer la luminosité durant les premières années d'opération du LHC. La luminosité peut aussi être exprimée en fonction du nombre de charges par faisceau et leur taille au point d'interaction. Il est donc possible d'utilise cette propriété afin de déterminer la luminosité à partir des paramètres machine. La détermination de la luminosité absolue à partir des paramètres machine est une méthode alternative à celle utilisant les sections efficaces et offre des informations complémentaires au modèle de fragmentation. Pour le LHC, il a été proposé d'utiliser la méthode développée par S. Van Der Meer à ISR afin d'offrir une calibration de la luminosité aux expériences de physique des particules durant les premières années d'opération. Cette thèse décrit comment cette méthode a été implémentée et utilisée pour la première fois au LHC afin d'optimiser et de calibrer la luminosité. Des études complémentaires d'optique linéaire et de dynamique faisceau ainsi que des mesures faites pour le collisionneur RHIC sont aussi décrites.


  • Résumé

    For particle colliders, the most important performance parameters are the beam energy and the luminosity. High energies allow the particle physics experiments to study and observe new effects. The luminosity describes the ability of the collider to produce the required number of useful interactions or events. The Large Hadron Collider (LHC) was designed to produce proton proton collisions at a center of mass energy of 14 TeV. This energy is the highest ever reached in a particle accelerator. The knowledge and understanding of particIe physics at such high energy is based on simulations and theoretical predictions. As opposed to electron positron colliders, for which the Bhabba scattering cross section can be accurately calculated and used for luminosity calibration, there are no processes with well known cross section and sufficiently high production rate to be directly used for the purpose of luminosity calibration in the early operation of the LHC. The luminosity can also be expressed as a function of the numbers of charges per beam and the beam sizes at the interaction point. Using this relation the absolute luminosity can be determined from machine parameters. The determination of the absolute luminosity from machine parameters is an alternative to the cross section based calibration and provides complementary information to the fragmentation model. Ln the LHC, it was proposed to use the method developed by S. Van Der Meer at the ISR to provide a luminosity calibration based on machine parameters to the physics experiments during the first year of operation. This thesis presents how this method was implemented and performed for the first time in the LHC to optimize and calibrate the luminosity. Additional beam dynamics and optics studies and measurements performed at the RHIC collider will also be presented.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (165 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 155-159

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)145
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