CPAD and Snowmass 2013 Ron Lipton (Fermilab) Howard Nicholson (Mt. - PowerPoint PPT Presentation

CPAD and Snowmass 2013 Ron Lipton (Fermilab) Howard Nicholson (Mt. Holyoke) Ian Shipsey (Purdue, CPAD) Marcel Demarteau (Argonne) Snowmass / CPAD Meeting Argonne, Jan. 9 – 11, 2013

DPF Charge for Snowmass “The ¡Division ¡of ¡Par0cles ¡and ¡Fields ¡of ¡the ¡American ¡Physical ¡Society ¡is ¡ini0a0ng ¡  a ¡long-­‑term ¡planning ¡exercise ¡for ¡the ¡high-­‑energy ¡physics ¡community. ¡Its ¡goal ¡is ¡ to ¡develop ¡the ¡community's ¡long-­‑term ¡physics ¡aspira0ons. ¡Its ¡narra0ve ¡will ¡ communicate ¡the ¡opportuni0es ¡for ¡discovery ¡in ¡high-­‑energy ¡physics ¡to ¡the ¡ broader ¡scien0fic ¡community ¡and ¡to ¡the ¡government.” ¡ The ¡Energy ¡Fron0er ¡ Facili0es ¡ Fron0er ¡ Origins ¡of ¡Mass ¡ Ma'er/An--­‑ma'er ¡ Dark ¡ma'er ¡ Asymmetry ¡ Origin ¡of ¡Universe ¡ Unifica0on ¡of ¡Forces ¡ New ¡Physics ¡ ¡ ¡ Dark ¡energy ¡ ¡ ¡ ¡Neutrino ¡Physics ¡ ¡ Beyond ¡the ¡Standard ¡Model ¡ ¡Cosmic ¡Par0cles ¡ ¡ ¡ ¡Proton ¡Decay ¡ ¡ ¡ Compu0ng ¡ Instrumenta0on ¡ Fron0er ¡ Fron0er ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ The ¡Cosmic ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ The ¡Intensity ¡ Fron0er ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Fron0er ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Complemented ¡by ¡ Educa-on ¡and ¡ Outreach ¡ Physics ¡Fron0ers ¡ Enabled ¡by ¡Advanced ¡Technologies ¡ Slide ¡ ¡2 ¡ CPAD ¡/ ¡Snowmass ¡Instrumenta3on ¡Mee3ng, ¡-­‑ ¡Jan. ¡9 ¡-­‑ ¡11, ¡2013 ¡ ¡ ¡-­‑-­‑ ¡M. ¡Demarteau ¡

Instrumentation Science ¡  The ¡Physics ¡Ques-ons ¡and ¡Challenges ¡are ¡being ¡well ¡ ¡ formulated ¡by ¡the ¡three ¡physics ¡fron-ers; ¡Some ¡ ¡ ques-ons ¡posed ¡already ¡a ¡long ¡-me ¡ago ¡(Higgs, ¡1964) ¡ Facili0es ¡ ¡  Exis-ng ¡facili-es ¡will ¡have ¡an ¡extended ¡life ¡ ¡  New ¡facili-es ¡are ¡costly; ¡environment ¡is ¡very ¡ ¡ compe--ve ¡ Instrumenta0on ¡ ¡  New ¡instrumenta-on ¡to ¡get ¡the ¡most ¡out ¡of ¡exis-ng, ¡upgraded ¡facili-es ¡  Cost-­‑effec-ve ¡innova-ve ¡techniques ¡and ¡technologies ¡for ¡new ¡experiments ¡ ¡ Instrumenta0on ¡will ¡have ¡a ¡tremendous ¡impact ¡on ¡the ¡future ¡program ¡ ¡ Slide ¡ ¡3 ¡ CPAD ¡/ ¡Snowmass ¡Instrumenta3on ¡Mee3ng, ¡-­‑ ¡Jan. ¡9 ¡-­‑ ¡11, ¡2013 ¡ ¡ ¡-­‑-­‑ ¡M. ¡Demarteau ¡

‘Decadal’ Survey The ¡Snowmass ¡process ¡is ¡effec-vely ¡to ¡embark ¡on ¡a ¡decadal ¡survey: ¡  to ¡iden0fy ¡leading-­‑edge ¡scien0fic ¡ques0ons, ¡and ¡iden0fy ¡the ¡observa0ons ¡and ¡ instruments ¡required ¡to ¡answer ¡them ¡ Because ¡of ¡the ¡nature ¡and ¡0mescale ¡of ¡high-­‑energy ¡physics ¡projects ¡provide ¡the ¡  informa0on ¡for ¡instrumenta0on ¡in ¡three ¡categories: ¡ ¡ – Measurements ¡in ¡the ¡Current ¡Decade ¡ ¡ – Measurements ¡for ¡the ¡Next ¡Decade ¡ ¡ – Observa0ons ¡on ¡Instrumenta0on ¡itself ¡ ¡ Snowmass ¡is ¡the ¡voice ¡of ¡the ¡community. ¡There ¡is ¡no ¡priori-za-on ¡and ¡no ¡process ¡  to ¡develop ¡an ¡instrumenta-on ¡program ¡for ¡HEP. ¡ ¡ Eventually ¡it ¡needs ¡to ¡be ¡sorted ¡out ¡‘what ¡we ¡need’ ¡from ¡‘what ¡we ¡want’ ¡to ¡  realis-cally ¡address ¡the ¡important ¡science ¡ques-ons ¡(P5, ¡HEPAP, ¡CPAD) ¡ ¡ ¡ CPAD ¡is ¡fully ¡integrated ¡in ¡the ¡Snowmass ¡Instrumenta-on ¡process; ¡CPAD ¡and ¡the ¡  Snowmass ¡Instrumenta-on ¡Fron-er ¡work ¡as ¡one ¡unit ¡un-l ¡the ¡Minnesota ¡mee-ng ¡ Slide ¡ ¡4 ¡ CPAD ¡/ ¡Snowmass ¡Instrumenta3on ¡Mee3ng, ¡-­‑ ¡Jan. ¡9 ¡-­‑ ¡11, ¡2013 ¡ ¡ ¡-­‑-­‑ ¡M. ¡Demarteau ¡

The Next Decade Instrumenta-on ¡needs ¡for ¡the ¡next ¡decade ¡will ¡be ¡closely ¡-ed ¡to ¡currently ¡  proposed ¡experiments ¡and ¡upgrades ¡of ¡exis-ng ¡experiments ¡ ¡ Instrumenta-on ¡needs ¡will ¡be ¡based ¡on ¡clear ¡physics ¡objec-ves ¡ ¡  Development ¡will ¡be ¡mostly ¡lower ¡risk ¡and ¡incremental, ¡commensurate ¡with ¡  project ¡-me ¡scale ¡ ¡ It ¡would ¡be ¡very ¡useful ¡to ¡prepare ¡an ¡overview ¡of ¡current ¡experiments, ¡key ¡physics ¡  measurements ¡and ¡signatures, ¡their ¡main ¡technologies, ¡physics ¡reach ¡and ¡key ¡ requirements/limita-ons ¡ ¡ Experiment ¡ Measurement ¡ Reach ¡ Technology ¡ Characteris0c ¡ ¡ Requirement ¡ Limita0on ¡ ¡ CMS ¡ ¡ g(H γγ ) ¡ ~10% ¡ ¡ PBO ¡Crystal ¡ 80,000 ¡ σ (E) ¡~ ¡ ¡ Radia-on ¡ (300/a) ¡ Calorimetry ¡ crystals ¡ 4%/√E ¡ hardness ¡ ¡ Same ¡for ¡all ¡ ¡ experiments ¡... ¡ ¡ ¡ Needs ¡close ¡coupling ¡with ¡physics ¡fron-ers ¡ ¡  Slide ¡ ¡5 ¡ CPAD ¡/ ¡Snowmass ¡Instrumenta3on ¡Mee3ng, ¡-­‑ ¡Jan. ¡9 ¡-­‑ ¡11, ¡2013 ¡ ¡ ¡-­‑-­‑ ¡M. ¡Demarteau ¡

Example From: ¡arXiv:1205.2671 ¡ Table ¡to ¡be ¡enhanced ¡by ¡lis-ng ¡the ¡technological ¡challenges ¡and ¡limita-ons ¡ ¡  Slide ¡ ¡6 ¡ CPAD ¡/ ¡Snowmass ¡Instrumenta3on ¡Mee3ng, ¡-­‑ ¡Jan. ¡9 ¡-­‑ ¡11, ¡2013 ¡ ¡ ¡-­‑-­‑ ¡M. ¡Demarteau ¡

Example CoGENT, DRIFT, HDMS, ¡Can ¡one ¡capture ¡the ¡ ¡ GENIUS, GERDA, IGEX, reach, ¡technology ¡and ¡ ¡ TEXONO limita0ons ¡on ¡one ¡ ¡ COUPP, PICASSO page ¡? ¡ ¡ ArDM, Darkside, EDELWEISS, Ionisation ¡ LUX, Panda-X, EUREKA, WARP, XENON, SuperCDMS ZEPLIN CLEAN, CUORE, DAMA, DEAP, CRESST-1 KIMS, NAID, XMASS CRESST-II, ROSEBUD Slide ¡ ¡7 ¡ CPAD ¡/ ¡Snowmass ¡Instrumenta3on ¡Mee3ng, ¡-­‑ ¡Jan. ¡9 ¡-­‑ ¡11, ¡2013 ¡ ¡ ¡-­‑-­‑ ¡M. ¡Demarteau ¡

Beyond The Next Decade For ¡projects ¡beyond ¡the ¡next ¡decade ¡– ¡that ¡is ¡beyond ¡Phase ¡II ¡for ¡the ¡LHC ¡– ¡the ¡ ¡  community ¡needs ¡a ¡ technology ¡development ¡and ¡innova3on ¡program ¡ guided ¡by ¡ the ¡science ¡ques-ons ¡ Determine ¡what’s ¡really ¡needed ¡to ¡take ¡the ¡next ¡steps ¡in ¡improving ¡the ¡  experiments: ¡cost ¡drivers ¡and ¡performance ¡requirements ¡ Allows ¡for ¡balanced ¡porjolio ¡of ¡high ¡vs. ¡low ¡risk ¡and ¡long-­‑term ¡development ¡  Daya ¡Bay ¡II ¡ ¡ Ques-on ¡is ¡really ¡beyond ¡.... ¡ ¡  LSST ¡ Nova ¡ LHC ¡Phase ¡II ¡ DES ¡ Slide ¡ ¡8 ¡ CPAD ¡/ ¡Snowmass ¡Instrumenta3on ¡Mee3ng, ¡-­‑ ¡Jan. ¡9 ¡-­‑ ¡11, ¡2013 ¡ ¡ ¡-­‑-­‑ ¡M. ¡Demarteau ¡

Diagonalization  Parameter ¡space ¡to ¡cover ¡is ¡huge: ¡ ¡ – 4 ¡fron-ers ¡ Intensity ¡ David ¡Lissauer ¡ ¡ – Many ¡different ¡exis-ng ¡and ¡future ¡ facili-es ¡ – Vast ¡spectrum ¡of ¡technologies ¡ – Long ¡-me ¡horizon ¡which ¡is ¡inherent ¡to ¡ Cosmic ¡ Juan ¡Estrada ¡ R&D ¡ ¡  For ¡the ¡next ¡decade, ¡the ¡natural ¡ ¡ approach ¡is ¡the ¡physics ¡reach ¡ ¡ Energy ¡ Ulrich ¡Heintz ¡  Appointed ¡one ¡contact ¡person ¡for ¡each ¡ Physics ¡Fron-er ¡with ¡Fron-er ¡ Instrumenta-on ¡ ¡ Erik ¡Ramberg ¡ Capabili-es ¡ Slide ¡ ¡9 ¡ CPAD ¡/ ¡Snowmass ¡Instrumenta3on ¡Mee3ng, ¡-­‑ ¡Jan. ¡9 ¡-­‑ ¡11, ¡2013 ¡ ¡ ¡-­‑-­‑ ¡M. ¡Demarteau ¡