SC 2013 Valerie Halyo, A. Hunt, P. Jindal, P. LeGresley, P. Lujan, - PowerPoint PPT Presentation

SC 2013 Valerie Halyo, A. Hunt, P. Jindal, P. LeGresley, ¡ P. Lujan, V. ¡Karpusenko, ¡ A.Vladimirov 11/ 19 / 2013 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 1 ¡

Outline • LHC Overview Ø The experiments Ø The accelerator Ø The Higgs Discovery • What’s next in LHC • Why Accelerators are the candidate at the right place in the right time • Proposal Accelerators enhancement of the LHC Trigger Ø Method Ø Preliminary performance result • Conclusions 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 2 ¡

The ¡Large ¡Hadron ¡Collider ¡ ¡ France World record center energy collision of 8 TeV The world’s most powerful microscope 10 -19 m 6 m i l e s Best time machine 10 -12 s after the big bang T= 10 15 K Geneva airport Switzerland 11/19/13 ¡ valerieh@princeton.edu ¡ 3 ¡

The Large Hadron Collider (LHC) The LHC is one of the largest and truly global scientific projects ever built to explore ¡the ¡new ¡energy ¡fronHer . LHCb CMS ATLAS ALICE 4 � 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡

The LHC injector complex Beam ¡2 ¡ LHC ¡ 5 ¡ Beam ¡1 ¡ 4 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 3 ¡ SC dipoles: SPS ¡ 532 0 F below room temp TI8 ¡ 8 ¡ Colder & emptier TI2 ¡ 2 ¡ than space 1 ¡ Booster ¡ Energy gain per machine is protons ¡ x10 to x20 because LINACS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PS ¡ this is the typical useful range Ions ¡ scale of magnets LEIR ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Peak ¡energy ¡[GeV] ¡ ¡ ¡ ¡length/Circumference ¡[m] ¡ ¡ ¡ ¡ ¡c ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Linac ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0.12 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡30 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0.3C ¡ ¡ ¡ Tunnel ¡ ¡ PSB ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1.4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡157 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡91.6%C ¡ Diameter ¡3m, ¡Length ¡16 ¡miles ¡ PS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡25 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡628 ¡= ¡4 ¡PSB ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡99.9%C ¡ 2 ¡billion ¡pounds ¡excavated ¡ SPS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡450 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡6,911 ¡= ¡11 ¡x ¡PS ¡ 5 ¡ LHC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡7000 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡26,657 ¡= ¡27/7 ¡x ¡SPS ¡

LHC pp Operations in 2012 1380x1380 bunches 1.15 10 11 4 TeV 7 10 33 cm cm -2 s -1 4.0 20 MHz ~ 500 MHz ~ ¡35 ¡ ~10 -5 Hz Selection of 1 event in 10,000,000,000,000 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 6 ¡

Enough Data Lead to Discovery Thank You LHC!! 4 th ¡July: ¡Melbourne ¡ Proton ¡Physics ¡run ¡extended ¡by ¡2.5 ¡months ¡ 49 fb-1 All experiments In 2012 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 7 ¡

Historic Event : CERN-Melbourne 4 th of July 2012 – New resonance the Higgs particle discovery As a layman, I think we have it. But as a scientist, I have to say, `What do we have?’” – R. Heuer 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 8 ¡

H → 𝛿𝛿 Decay An excess in photon pairs near 125 GeV > 4 σ Significance @ 125.4 Significance @ 126.5 GeV: 3.9 σ (3.5 exp.) GeV: 7.4 σ (4.1 exp.) 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 9 ¡

H → ZZ → 4l Significance @ 124.3 GeV: 6.6 σ > 6 σ Significance @ 125.8 GeV: 6.7 σ Clear signal peak around 126 GeV 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 10 ¡

The Latest Result from Moriond ¡ ¡"The ¡beau)ful ¡new ¡results ¡represent ¡a ¡huge ¡ ¡effort ¡by ¡ many ¡dedicated ¡people. ¡They ¡point ¡to ¡the ¡new ¡par)cle ¡ having ¡the ¡spin-­‑parity ¡of ¡a ¡Higgs ¡boson ¡as ¡in ¡the ¡Standard ¡ Model. ¡We ¡are ¡now ¡well ¡started ¡on ¡the ¡measurement ¡ program ¡in ¡the ¡Higgs ¡sector," ¡said ¡ATLAS ¡spokesperson ¡ Dave ¡Charlton. ¡ ¡ “ The ¡preliminary ¡results ¡with ¡the ¡full ¡2012 ¡data ¡set ¡are ¡ magnificent ¡and ¡to ¡me ¡it ¡is ¡clear ¡that ¡we ¡are ¡dealing ¡with ¡ a ¡Higgs ¡boson ¡though ¡we ¡s)ll ¡have ¡a ¡long ¡way ¡to ¡go ¡to ¡ know ¡what ¡kind ¡of ¡Higgs ¡boson ¡it ¡is.” ¡said ¡CMS ¡ spokesperson ¡Joe ¡Incandela. ¡ 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 11 ¡

=> This is not the end. It is not even the beginning of the end. But it is, perhaps, the end of the beginning. Winston Churchill 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 12 ¡

Time ¡to ¡think! ¡ 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 13 ¡

What did up to now is like going to the movie and seeing the movie unfold the story (SM) we all know by heart… 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 14 �

15 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡

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What is the future landscape ? How can we improve our search in the Hunt for the Unknown ? 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 20 ¡

Choose a physics program wisely 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 21 ¡

We are constantly Improving.. 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 22 ¡

BUT How can we extend the physics reach at the LHC ? 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 23 ¡

How do we select the most interesting events In the Trigger system. 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 24 ¡

?.... 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 25 ¡

The Answer is : Parallel Processing and integration of accelerators 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 26 ¡

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The picture will be processed faster 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 28 ¡

Allowing us to test various topologies in real time 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 29 ¡

to reveal new physics 11/19/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 30 ¡

Enhancing the trigger is the key to extending the physics program at the LHC!!!! 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 31 ¡

What is the New Landscape? Up to you there is so little we know and potentially LHC can discover Is ¡the ¡Higgs ¡boson ¡of ¡the ¡of ¡ • • Why ¡are ¡there ¡so ¡many ¡elementary ¡ electroweak ¡symmetry ¡breaking ¡ parHcles ¡is ¡there ¡a ¡hint ¡for ¡unificaHon ¡or ¡ and ¡fermion ¡mass ¡generaHon ¡or ¡ ¡ should ¡ ¡we ¡abandon ¡ ¡the ¡idea ¡about ¡ parHcles ¡and ¡think ¡about ¡strings ¡ is ¡it ¡the ¡SM ¡Higgs ¡boson ¡? ¡ How ¡many ¡sources ¡ ¡of ¡CP ¡and ¡flavor ¡ • Is ¡there ¡susy ¡if ¡yes ¡which ¡SUSY ¡? ¡ • violaHon ¡ Does ¡nature ¡impose ¡naturalness ¡? ¡ • Does ¡the ¡rough ¡(factor ¡of ¡5) ¡equality ¡of ¡ • DM ¡and ¡baryonic ¡majer ¡imply ¡that ¡ baryogenesis ¡is ¡connected ¡to ¡dark ¡ Do ¡quark-­‑gluon ¡hybrid ¡exist ¡? ¡ • majer ¡? ¡ What ¡does ¡Ads/CFT ¡teaches ¡us ¡ • What ¡about ¡direct ¡producHon ¡of ¡DM ¡ • about ¡confinement? ¡ ¡ parHcles ¡at ¡LHC ¡ 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 32 ¡

This Beautiful Event Does NOT Trigger! 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 33 ¡

How can we improve our search in the Hunt for the Unknown ? ¡ The answer to that : • Enhance the trigger to be able to run algorithms faster • Robust and able to run at High Luminosity conditions • Flexible to add and select topologies that were never possible or suppressed before! • Enhance both L1 and High Level Trigger with Accelerators 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 34 ¡

How will Accelerators Make a Difference? 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 35 ¡

1 How do we reconstruct an Event ? What happened in the collision? 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 36 ¡

1 Build Huge Cameras: CMS /ATLAS Detectors CMS ¡ 21m L x 15m W x 15m H ATLAS ¡ 12,500T 46m L x 25 W x 25 H 7000T 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 37 ¡

1 Pictures for each of the Experiments Reconstruction of the path of the particle in the most hostile hadronic environment • high luminosity namely high interaction rate. At the moment we have 30 Interaction/BX after the shut down we have to be ready up to 100 Interaction /BX • high multiplicity of charged tracks, each one reconstructed identically • high radiation flux We take pictures we can process at high lumi 11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 38 ¡