N e w P h y s i c s w i t h Mu o n s F i r s t - - PowerPoint PPT Presentation
N e w P h y s i c s w i t h Mu o n s F i r s t l o o k a t g - 2 , Mu 3 e a n d m o r e T r a c k s v s c a l o G a v i n H e s k e t h U n i v e r s i t y o f B i r m
G a v i n H e s k e t h U n i v e r s i t y
B i r m i n g h a m 3 / 1 / 1 9
. . .
: w h e r e i s t h e N e w P h y s i c s ?
G . H e s k e t h 2
N e w p p h y s i c s m u s t e x i x i s t :
a r k m a t t e r , h i e r a r c h y p r
l e m , m a t t e r
n t i m a t t e r a s y m m e t r y , n e u t r i n
a s s e s , s t r
g C P , g r a v i t y … . . . . b u t w h e r e it i it i t ?
. . .
: w h e r e i s t h e N e w P h y s i c s ?
G . H e s k e t h 3
N e w p p h y s i c s m u s t e x i x i s t :
a r k m a t t e r , h i e r a r c h y p r
l e m , m a t t e r
n t i m a t t e r a s y m m e t r y , n e u t r i n
a s s e s , s t r
g C P , g r a v i t y … . . . . b u t w h e r e it i it i t ?
. . .
: w h e r e i s t h e N e w P h y s i c s ?
G . H e s k e t h 4
N e w p p h y s i c s m u s t e x i x i s t :
a r k m a t t e r , h i e r a r c h y p r
l e m , m a t t e r
n t i m a t t e r a s y m m e t r y , n e u t r i n
a s s e s , s t r
g C P , g r a v i t y … . . . . b u t w h e r e it i it i t ? T h e r e h a v e b e e n s s
e
e s u r p r i s et et f r
t h e l l e p t
s e c t
:
:
e u t r i n
a s s e s
r
r a d i u s p u z z l e
e ~ 3 σ e f f e c t s f r
s e m i
e p t
i c h a d r
d e c a y s , R ( K ) , R ( D )
. 7 σ e f f e c t i n m u
g
. . .
: w h e r e i s t h e N e w P h y s i c s ?
G . H e s k e t h 5
N e w p p h y s i c s m u s t e x i x i s t :
a r k m a t t e r , h i e r a r c h y p r
l e m , m a t t e r
n t i m a t t e r a s y m m e t r y , n e u t r i n
a s s e s , s t r
g C P , g r a v i t y … . . . . b u t w h e r e it i it i t ? T h e r e h a v e b e e n s s
e
e s u r p r i s et et f r
t h e l l e p t
s e c t
:
:
e u t r i n
a s s e s
r
r a d i u s p u z z l e
e ~ 3 σ e f f e c t s f r
s e m i
e p t
i c h a d r
d e c a y s , R ( K ) , R ( D )
. 7 σ e f f e c t i n m u
g
I f I f t h e r e it s it s
e n e w p h y s i c s i i n a a l l
, m u
s a a r e a a g g
t t
:
μ 2
/ m
e 2
~ 4 2 : m u
s m u c h m
e s e n s i t i v e t
e w p h y s i c s
t a b l e e n
g h t
a p t u r e a n d s t
e T
a y :
e r m i l a b Mu
g
3 e … + a f e w
h e r e x p e r i m e n t s
g
G . H e s k e t h 6
S p i n P r e c e s s i
:
h e m a g n e t i c m
e n t
a p a r t i c l e r
a t e s a r
n d a B
i e l d ωs = g q B 2 m
g
G . H e s k e t h 7
S p i n P r e c e s s i
:
h e m a g n e t i c m
e n t
a p a r t i c l e r
a t e s a r
n d a B
i e l d T h e m a m a g n e t i c m
e
e n t
c h a r g e d l l e p t
s :
x a c t l y 2 a t t r e e l e v e l ( D i r a c ) ωs = g q B 2 m ωs = g q B 2 m
g
G . H e s k e t h 8
S p i n P r e c e s s i
:
h e m a g n e t i c m
e n t
a p a r t i c l e r
a t e s a r
n d a B
i e l d T h e m a m a g n e t i c m
e
e n t
c h a r g e d l l e p t
s :
x a c t l y 2 a t t r e e l e v e l ( D i r a c )
i r s t l
c a l c u l a t e d b y S c h w i n g e r i n 1 9 4 8 g = 2 + α/ 2 π + … . ωs = g q B 2 m = (2 +2 a ) 2 q B m
g
G . H e s k e t h 9
S p i n P r e c e s s i
:
h e m a g n e t i c m
e n t
a p a r t i c l e r
a t e s a r
n d a B
i e l d T h e m a m a g n e t i c m
e
e n t
c h a r g e d l l e p t
s :
x a c t l y 2 a t t r e e l e v e l ( D i r a c )
i r s t l
c a l c u l a t e d b y S c h w i n g e r i n 1 9 4 8 g = 2 + α/ 2 π + … .
t a t e
t h e a r t : O ( 5 ) i n Q E D E D 1 2 , 6 7 2 d i a g r a m s !
a r X i v : 1 7 1 2 . 6 6
ωs = g q B 2 m = (2 +2 a ) 2 q B m
F
e l e c t r
s , a c
p
p l e t e l y d d e t e r m i n e d b y Q E D E D →
l y d e p e n d s
α R e R e c e n t m e m e a s u r e m e m e n t
α 1 / α = 1 3 7 . 3 5 9 9 9 4 6 ( 2 7 )
S c i e n c e , 1 3 A p r 2 1 8 : V
. 3 6 , I s s u e 6 3 8 5 , p p . 1 9 1
9 5
→ n e w p r e d i c t i
a
e
= . 1 1 5 9 6 5 2 1 8 1 6 1 ( 2 3 )
G . H e s k e t h 1
“ F
l
t h a t a m b u l a n c e ! ”
F
e l e c t r
s , a c
p
p l e t e l y d d e t e r m i n e d b y Q E D E D →
l y d e p e n d s
α R e R e c e n t m e m e a s u r e m e m e n t
α 1 / α = 1 3 7 . 3 5 9 9 9 4 6 ( 2 7 )
S c i e n c e , 1 3 A p r 2 1 8 : V
. 3 6 , I s s u e 6 3 8 5 , p p . 1 9 1
9 5
→ n e w p r e d i c t i
a
e
= . 1 1 5 9 6 5 2 1 8 1 6 1 ( 2 3 ) C
C
p a r e d t
e
e a s u r e d : a
e
= . 1 1 5 9 6 5 2 1 8 7 3 ( 2 8 )
P R D 9 7 ( 2 1 8 ) 3 6 1 , P R L 1 ( 2 8 ) 1 2 8 1
→ → 2 . 5 σ d i fg fg e r e n c e
G . H e s k e t h 1 1
“ F
l
t h a t a m b u l a n c e ! ”
F
e l e c t r
s , a c
p
p l e t e l y d d e t e r m i n e d b y Q E D E D →
l y d e p e n d s
α R e R e c e n t m e m e a s u r e m e m e n t
α 1 / α = 1 3 7 . 3 5 9 9 9 4 6 ( 2 7 )
S c i e n c e , 1 3 A p r 2 1 8 : V
. 3 6 , I s s u e 6 3 8 5 , p p . 1 9 1
9 5
→ n e w p r e d i c t i
a
e
= . 1 1 5 9 6 5 2 1 8 1 6 1 ( 2 3 ) C
C
p a r e d t
e
e a s u r e d : a
e
= . 1 1 5 9 6 5 2 1 8 7 3 ( 2 8 )
P R D 9 7 ( 2 1 8 ) 3 6 1 , P R L 1 ( 2 8 ) 1 2 8 1
→ → 2 . 5 σ d i fg fg e r e n c e F
m u m u
s :
a r g e r m u
m a s s → Q C D a n d E WK l
s c
t r i b u t e
l
g
t a n d i n g d i s a g r e e m e n t w i t h e x p e r i m e n t : a
μ
= . 1 1 6 5 9 2 8 9 ( 6 3 ) ( m e a s u r e d ) a
μ
~ . 1 1 6 5 9 1 8 2 1 ( 3 6 ) ( p r e d i c t i
)
P R D 7 3 ( 2 6 ) 7 2 3 ; K N T 1 8 , P R D 9 7 , 1 1 4 2 5
→ 3 . 3 . 7 σ d i fg fg e r e n c e
G . H e s k e t h 1 2
. . . a l e p t
l a v
r v i
a t i n g d a r k p h
. . ? . . . a m
e l w i t h a l a r g e m u
E D M. . ?
a r X i v : 1 8 7 . 1 1 4 8 4
“ F
l
t h a t a m b u l a n c e ! ”
s
r c e : R e s
a a n c e s
F e r m i m i l a b M Mu
g
e x p x p e r i r i m e n t ( E 9 8 9 8 9 ) 9 )
a c t
4 i m p r
e m e n t
e r B N L ( E 8 2 1 ) r e s u l t
r e c i s i
1 4 p p b F e r m i l a b Mu
g
G . H e s k e t h 1 3
B N L → F N A L [ 5 ( s t a t ) + 3 3 ( s y s t ) → 1 1 ( s t a t ) + 1 1 ( s y s t ) ] x 1
1
3 4 i n s t i t u t et et , 1 8 1 8 5 c c
l a b
a t
s U K : L a n c a s t e r , L i v e r p
, Ma n c h e s t e r , U C L
Me a s u r i n g Mu
g
G . H e s k e t h 1 5
P u t m u
s i n a a m a m a g n e t i c fj e fj e l d , m e m e a s u r e p r e c e s s i
f r e q u e n c y ωs = g q B 2 m = (2 +2 a
μ)
2 q B m
Me a s u r i n g Mu
g
G . H e s k e t h 1 6
P u t m u
s i n a a m a m a g n e t i c fj e fj e l d , m e m e a s u r e p r e c e s s i
f r e q u e n c y ωs = g q B 2 m = (1 +a
μ) q
B m
Me a s u r i n g Mu
g
G . H e s k e t h 1 7
P u t m u
s i n a a m a m a g n e t i c fj e fj e l d , m e m e a s u r e p r e c e s s i
f r e q u e n c y Mu
s d d e c a y . . . → U s e a c i r c u l a r m a g n e t i c s t
a g e r i n g ( 7 . 1 m r a d i u s ) C y C y c l
r
f r e q u e n c y : μ ωc =q B m ⇒ ωa= ωs −ωc= a
μ
q B m ωs = g q B 2 m = (1 +a
μ) q
B m
Me a s u r i n g Mu
g
G . H e s k e t h 1 8
P u t m u
s i n a a m a m a g n e t i c fj e fj e l d , m e m e a s u r e p r e c e s s i
f r e q u e n c y Mu
s d d e c a y . . . → U s e a c i r c u l a r m a g n e t i c s t
a g e r i n g ( 7 . 1 m r a d i u s ) C y C y c l
r
f r e q u e n c y : U s e “ m a “ m a g i c m
m
e n t u m ” m ” 3 . 3 . 9 G 9 G e V μ
ωa =− q m[a
μB − (a μ−
1 γ
2
−1
β×E c ]
ωc =q B m ⇒ ωa= ωs −ωc= a
μ
q B m ωs = g q B 2 m = (1 +a
μ) q
B m
G . H e s k e t h
A l
g j
r n e y
G . H e s k e t h 1 9
B N L m a g n e t m
m
e d t
e r m r m i l a b i n 2 1 3 1 3
e w t r a c k e r s & c a l
i m e t e r s
i g h e r i n t e n s i t y , c l e a n e r b e a m → m
e s t a t s
2 2 J u n e → 2 6 J u l y 2 1 3
Decay e+
Top down view of ring section
Vacuum Chamber Calorimeters Tracker
G . H e s k e t h
Wi g g l e p l
s
G . H e s k e t h 2 2
Ma i n p p
i t r
e e n e r gz r gz m e a s u r e m e n t m a d e u s i n g 2 4 c a l
i m e m e t e r s
a s t r e s p
s e l e a d
l
r i d e C h e r e n k
c r y s t a l s ( 9 x 6 a r r a y , e a c h c r y s t a l 2 5 x 2 5 x 1 4 m m )
e s
u t i
2 . 3 % a t 3 G e V
Decay e+
Top down view of ring section
Vacuum Chamber Calorimeters Tracker
G . H e s k e t h
Wi g g l e p l
s
G . H e s k e t h 2 3
Ma i n p p
i t r
e e n e r gz r gz m e a s u r e m e n t m a d e u s i n g 2 4 c a l
i m e m e t e r s
a s t r e s p
s e l e a d
l
r i d e C h e r e n k
c r y s t a l s ( 9 x 6 a r r a y , e a c h c r y s t a l 2 5 x 2 5 x 1 4 m m )
e s
u t i
2 . 3 % a t 3 G e V
Decay e+
Top down view of ring section
Vacuum Chamber Calorimeters Tracker
G . H e s k e t h
Wi g g l e p l
s
G . H e s k e t h 2 4
Ma i n p p
i t r
e e n e r gz r gz m e a s u r e m e n t m a d e u s i n g 2 4 c a l
i m e m e t e r s
a s t r e s p
s e l e a d
l
r i d e C h e r e n k
c r y s t a l s ( 9 x 6 a r r a y , e a c h c r y s t a l 2 5 x 2 5 x 1 4 m m )
e s
u t i
2 . 3 % a t 3 G e V
N e e d h h i g h l y u n i f
m
m B
e fj e l d a r
n d t h e s s t
a g e r i n g
a g n e t i c f i e l d w a s s h i m m e d t
i g h p r e c i s i
i t
e d u s i n g N MR p r
e s
l u n g e p r
e s a n d t r
l e y r u n s
Goal
~1 400 ppm 50 ppm
Oct 201 5 Aug 201 6
G . H e s k e t h
B
i e l d
G . H e s k e t h 2 5
B
e fj e l d u u n i f
m i m i t y 3 x 3 x b e t t e r t h a n B N L ( ( 2 x x w at at t t h e g
l ) ωa = a q B m
G . H e s k e t h
5
a r a m e t e r f i t
G . H e s k e t h 2 6
S i m p l e s t fj fj t : 5 5 p p a r a m e t e r s
x p
e n t i a l d e c a y ( 2 p a r a m e t e r s )
i t h a s u p e r i m p
e d s i n e w a v e ( 3 p a r a m e t e r s )
Decay Vertices
G . H e s k e t h
N e w T r a c k e r s
G . H e s k e t h 2 7
U K c
t r i r i b u t e d n e w t t r a c k i n g d e t e c t
s i i n f f r
t
t
t w
a l
i
i m e t e r s
m
u l et , 4 r
s ( 2 x s t e r e
p e r m
u l e , 3 2 s t r a w s p e r r
G . H e s k e t h
B e a m p
i t i
G . H e s k e t h 2 8
𝑔 𝑑+ 𝑔 𝑑𝑐𝑝
𝑔 𝐷𝐶𝑃
G . H e s k e t h
I m p r
e d Wi g g l e
G . H e s k e t h 2 9
𝑔 𝑑+ 𝑔 𝑑𝑐𝑝
𝑔 𝐷𝐶𝑃
G . H e s k e t h
I m p r
e d Wi g g l e
G . H e s k e t h 3
I n c l u d e v e r t i c a l a n d h
i z
t a l b e a m m
i
, p i l e
p , m u
l
s e s a n d e n e r g y s c a l e
F i r s t d d a t a
a k i n g r u n c
p l e t e :
m
t h s r u n n i n g , > 2 x B r
h a v e n s t a t s ( t
5 y e a r s ! )
u b l i s h i n 2 1 9 R u R u n s i n 2 1 9 / 1 9 / 2 w w i l l a a c c u m u m u l a t e ~ 2 ~ 2 x x B N L → c
l d p u s h s i g n i f i c a n c e t
5
σ
G . H e s k e t h
S t a t u s
G . H e s k e t h 3 1
G . H e s k e t h
Wh a t w
l d i t m e a n . . ?
G . H e s k e t h 3 2
F u r t h e r e r e x p x p e r i m e m e n t a l c
fj fj r m r m a t i
? → P l a n n e d g
e x p e r i m e n t a t J
A R C
i f f e r e n t t e c h n i q u e s , d i f f e r e n t s y s t e m a t i c s
G . H e s k e t h
Wh a t w
l d i t m e a n . . ?
G . H e s k e t h 3 3
F u r t h e r e r e x p x p e r i m e m e n t a l c
fj fj r m r m a t i
? → P l a n n e d g
e x p e r i m e n t a t J
A R C
i f f e r e n t t e c h n i q u e s , d i f f e r e n t s y s t e m a t i c s H
H
a b
t t t h e t t h e
y
y ?
G . H e s k e t h
Wh a t w
l d i t m e a n . . ?
G . H e s k e t h 3 4
L
e n e r gz gz Q C Q C D …
e e d e x p e r i m e n t a l i n p u t
r
e d MU
E e x p e r i m e n t a t C E R N . . .
l a t t i c e c a l c u l a t i
s Mu
g
t t h e
y
y i n i t i a t i v e u n d e r w a y : h t t p s : / / i n d i c
h i m . u n i
a i n z . d e / e v e n t / 1 1 /
e r v i e w F u r t h e r e r e x p x p e r i m e m e n t a l c
fj fj r m r m a t i
? → P l a n n e d g
e x p e r i m e n t a t J
A R C
i f f e r e n t t e c h n i q u e s , d i f f e r e n t s y s t e m a t i c s H
H
a b
t t t h e t t h e
y
y ?
S U S Y ?
e e d s μ > , ` l i g h t ’ S U S Y
c a l e ( Λ ) a n d /
l a r g e t a n β … a l r e a d y r u l e d
t b y t h e L H C ?
e v e r , S U S Y d
n
h a v e t
e m i n i m a l Ma n y
h e r i d e at at
t t h e r e , e e g :
T e V L e p t
u a r k
B a u e r + N e u b e r t , P R L 1 1 6 ( 2 1 6 )
H i g g s d
b l e t m
e l
S t
k i n g e r e t a l . , J H E P 1 7 1 ( 2 1 7 ) 7
x i
i k e p a r t i c l e
Ma r c i a n
t a l , P R D 9 4 ( 2 1 6 ) 1 1 5 3 3
a r k p h
e g F e n g e t a l , P R L 1 1 7 ( 2 1 6 ) 7 1 8 3
I f I f t h e d d i s c r e p a n c y g g
a w a y , w i l l s e t t t i g h t l i m i m i t s
t t h e s e n e w p h y s i c s s s c e n a r i
S e e a l s
h
a s T e u b n e r ’ s t a l k a t t h e U K H E P F
u m , N
2 1 8 g
: n e w p h y s i c s ?
G . H e s k e t h 3 5
G . H e s k e t h
Wh a t w
l d i t m e a n . . ?
G . H e s k e t h 3 6
I t m a y n n
b b e t h e c c l e a r s i g n
n e w p h y s i c s w w e w w a n t e d …
p l e m e n t a r y m e a s u r e m e n t s n e e d e d t
e s
v e m
e l d e p e n d e n c y . → → E D E D M e x p x p e r i r i m e n t s → → c L F V e e x p x p e r i m e m e n t s
F u r t h e r c l u e s : E D Ms
G . H e s k e t h 3 7
F u n d a m e m e n t a l p a r t i c l et et c a n a l s
a v e a n E D E D M
e r
n S M ( s l i g h t s h i f t d u e t
s )
e s i g n i f i c a n t s h i f t s w i t h B S M l
s E x i x i s t e n c e
E D
E D M → a → a d d i t i
a l s
r c e
C P v i
a t i
F u r t h e r c l u e s : E D Ms
G . H e s k e t h 3 8
F u n d a m e m e n t a l p a r t i c l et et c a n a l s
a v e a n E D E D M
e r
n S M ( s l i g h t s h i f t d u e t
s )
e s i g n i f i c a n t s h i f t s w i t h B S M l
s E x i x i s t e n c e
E D
E D M → a → a d d i t i
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C E R N ’ s “ P h y s i c s B e y
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s i b l e i n c h a r g e d l e p t
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Mi c h e l d e c a y C L F V d e c a y W
A n A n y
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c L F V V it it n e w p p h y s i c s ! N e u t r i n
c i l l a t i
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s e r v a t i
→ t e c h n i c a l l y p
s i b l e i n c h a r g e d l e p t
s e c t
… b u t s u p p r e s s e d b y ~ 1
P u t B B S M p h y s i c s i i n t t h e l
→ → i n c r e a s e t t h e r r a t e Mi c h e l d e c a y C L F V d e c a y W
C L F V
G . H e s k e t h 4 1
Ma n y B B S M m
e l s i i n c l u d e c h a r g e d l e p t
fm fm a v
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i t e n e s s , H i g g s d
b l e t s , h e a v y n e u t r i n
… . . .
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l e p t
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n t i m a t t e r a s y m m e t r y
C L F V
G . H e s k e t h 4 2
Ma n y B B S M m
e l s i i n c l u d e c h a r g e d l e p t
fm fm a v
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a t i
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u a r k s , c
p
i t e n e s s , H i g g s d
b l e t s , h e a v y n e u t r i n
… . . .
i n v
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l e p t
e n e s i s
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n t i m a t t e r a s y m m e t r y P r
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C L F V
G . H e s k e t h 4 3
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e l , a r X i v 1 3 3 . 4 9 7
C L F V
G . H e s k e t h 4 4
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m
e l d e p e n d e n c y i i n g
: E fg E fg e c t i v e L a g r a n g i a n d e G
v e a & V
e l , a r X i v 1 3 3 . 4 9 7
C L F V
G . H e s k e t h 4 5
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I I I @ @ P S I :
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1
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4
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K i n v
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C L F V
G . H e s k e t h 4 6
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I I I @ @ P S I :
h y s i c s i n 2 1 9
1
l i m i t → 1
4
a f t e r 3 y e a r s 1 1 i n s t i t u t e s , 7 5 c
l a b
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s
K i n v
v e m e n t Mu 2 e @ @ F F N A L A L
t a r t i n g 2 2 2 ( a f t e r g
)
1
4
l i m i t → 1
7
a f t e r ~ 4 / 5 y e a r s 4 i n s t i t u t e s , 2 4 2 c
l a b
a t
s
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, Ma n c h e s t e r , R A L , U C L C O ME T @ J
A R C s i m i l a r ( I m p e r i a l )
C L F V
G . H e s k e t h 4 7
ME G
I I I @ @ P S I :
h y s i c s i n 2 1 9
1
l i m i t → 1
4
a f t e r 3 y e a r s 1 1 i n s t i t u t e s , 7 5 c
l a b
a t
s
K i n v
v e m e n t Mu 2 e @ @ F F N A L A L
t a r t i n g 2 2 2 ( a f t e r g
)
1
4
l i m i t → 1
7
a f t e r ~ 4 / 5 y e a r s 4 i n s t i t u t e s , 2 4 2 c
l a b
a t
s
i v e r p
, Ma n c h e s t e r , R A L , U C L C O ME T @ J
A R C s i m i l a r ( I m p e r i a l ) Mu 3 e 3 e @ P S I
h a s e 1 ( 2 2 ) & 2 ( 2 2 5 )
1
4
l i m i t → 1
6
a f t e r p h a s e 2 1 1 i n s t i t u t e s , 6 c
l a b
a t
s
i v e r p
, B r i s t
, O x f
d , U C L
C L F V
G . H e s k e t h 4 8
C
C
p l e m e m e n t a r y r y e x p x p e r i m e m e n t s :
2 e i n v
v e s q u a r k a n d l e p t
c
p l i n g s
3 e p u r e l y l e p t
i c , c a n a l s
e a r c h f
d a r k p h
s e t c ME G
I I I @ @ P S I :
h y s i c s i n 2 1 9
1
l i m i t → 1
4
a f t e r 3 y e a r s 1 1 i n s t i t u t e s , 7 5 c
l a b
a t
s
K i n v
v e m e n t Mu 2 e @ @ F F N A L A L
t a r t i n g 2 2 2 ( a f t e r g
)
1
4
l i m i t → 1
7
a f t e r ~ 4 / 5 y e a r s 4 i n s t i t u t e s , 2 4 2 c
l a b
a t
s
i v e r p
, Ma n c h e s t e r , R A L , U C L C O ME T @ J
A R C s i m i l a r ( I m p e r i a l ) Mu 3 e 3 e @ P S I
h a s e 1 ( 2 2 ) & 2 ( 2 2 5 )
1
4
l i m i t → 1
6
a f t e r p h a s e 2 1 1 i n s t i t u t e s , 6 c
l a b
a t
s
i v e r p
, B r i s t
, O x f
d , U C L
O n e C L F V i n t e r a c t i
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1 6
m u
d e c a y s i s l i k e … l
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e s p e c i f i c g r a i n
s a n d
Mu 2 e
G . H e s k e t h 5
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s
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c a p t u r e → n
m a l i s a t i
S i g n a l
n e u t r i n
e s s c c
v e r s i
: m
n e r g e t i c e l e c t r
1s x-rays
1s x-rays Mu 2 e
G . H e s k e t h 5 1
S t
m u
s
a n A A l t a r g e t
a y e m i s s i
f r
c a p t u r e → n
m a l i s a t i
S i g n a l
n e u t r i n
e s s c c
v e r s i
: m
n e r g e t i c e l e c t r
5 2 G . H e s k e t h
Production Solenoid Transport Solenoid Tracker Al-Stopping Target Calorimeter Detector Solenoid & CRV 20 m downstream Stopping Target Monitor 6m 8 GeV protons (8 kW)
P r
p
p t b b a c k g r
n d s ( r a d i a t i v e n u c l e a r c a p t u r e , d . i . f . , p i
s , p r
s ) .
u r v e d s
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t c h a n n e l
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g e x t i n c t i
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( < 1
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C
m i m i c s : c
m i c v e t
e t e c t
Mu 2 e
5 3 G . H e s k e t h
Mu
d e c a y i i n
b
b i t ( μN →e v v N )
r e c i s e m
e n t u m r e s
u t i
S t r a w t r a c k e r ( s i m i l a r t
t r a c k e r s )
l
c y l i n d e r d e s i g n Mu 2 e Mu 2 e w i l l f f
l
g
s e s s a m e b e a m l i n e a t F e r m i l a b Mu
C a m p u s
i r s t b e a m 2 2 , d a t a
a k i n g t h r
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s i b l e u u p g r a d e u s i n g P I P I P
I b I b e a m → f u r t h e r f a c t
1
t h e l i m i t a r X i v : 1 8 2 . 2 5 9 9
Mu 3 e
G . H e s k e t h 5 4
S i g n a l Mi c h e l D e c a y Mi c h e l D e c a y + C
v e r s i
Mu 3 e
G . H e s k e t h 5 5
S i g n a l Mi c h e l D e c a y Mi c h e l D e c a y + C
v e r s i
Mu 3 e
G . H e s k e t h 5 6
Mu 3 e @ @ P P S I D C b e a m
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1
μ/ s
t a r g e t , t r i g g e r l e s s D A Q . P h
c c
v e r s i
:
e r t e x r e s
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2 μm
c i n t i l l a t i n g f i b r e s ( < 1 n s ) I n I n t e r n a l c
v e r s i
e n t u m r e s
u t i
. 5 Me V . . . i n t h e s c a t t e r i n g
i n a t e d r e g i m e ( E < 5 3 Me V )
Mu 3 e
G . H e s k e t h 5 7
Mu 3 e 3 e @ P S I D C b e a m
u p t
1
μ/ s
t a r g e t , t r i g g e r l e s s D A Q . P h
c
v e r s i
:
e r t e x r e s
u t i
2 μm
c i n t i l l a t i n g f i b r e s ( < 1 n s ) a n d t i l e s ( < 1 p s ) I n I n t e r n a l c c
v e r s i
e n t u m r e s
u t i
. 5 Me V . . . i n t h e s c a t t e r i n g
i n a t e d r e g i m e ( E < 5 3 Me V )
Mu 3 e
G . H e s k e t h 5 8
Mu 3 e 3 e @ P S I D C b e a m
u p t
1
μ/ s
t a r g e t , t r i g g e r l e s s D A Q . P h
c
v e r s i
:
e r t e x r e s
u t i
2 μm
c i n t i l l a t i n g f i b r e s ( < 1 n s ) a n d t i l e s ( < 1 p s ) I n I n t e r n r n a l c c
v e r s i
e n t u m r e s
u t i
. 5 Me V . . . i n t h e s c a t t e r i n g
i n a t e d r e g i m e ( E < 5 3 Me V )
Mu 3 e P i x e l D e t e c t
s
G . H e s k e t h 5 9
1 . 1 . 1 1 m
2
p p i x e x e l t t r a c k e r Ma t e r i a l b b u d g e t c r i r i t i c a l :
μm H V
P S
5 μm s u p p
t
5 μm f l e x
r i n t
2 μm a l u m i n i u m t r a c e s
μm a d h e s i v e
a s e
s h e l i u m c
i n g → . 1 % X p e r t r a c k i n g l a y e r Mu P i x 8 x 8 d e v e l
m e m e n t :
1 x 8 μm p i x e l s , 1 2 8 x 2 p i x e l s p e r c h i p
7 8 M c h a n n e l s f
P h a s e 1 .
. 2 5 G b i t / s s e r i a l d a t a
t p u t s
2 1 m W / c m
2
p
e r c
s u m p t i
T e s t
e a m r m r e s u l t s :
9 9 . 5 % e f f i c i e n c y
s e r a t e p e r p i x e l ~ . 2 H z
i m e r e s
u t i
~ 1 4 . 5 n s
e a s u r e d t r a c k r e s i d u a l s ~ 3 5 μ m ( 8 / √1 2 = 2 3 μ m ) Mu P i x A T L A S P i x 1 9 . 5 m m 1 . 8 m m
Mu 3 e T i m i n g D e t e c t
s
G . H e s k e t h 6
F i b r e r i r i b b
s i i n c c e n t r a l b b a r r r r e l :
l a y e r s
~ 2 5 μm
2 x S i P M a r r a y s ( L H C b t y p e )
i m e r e s
u t i
< 4 p s
p r
y p e S c i n t i l l a t i n g t t i l et et i i n t h e r e c u r l r l s t a t i
s :
. 5 x 6 . 5 x 5 m m
3
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6 2 7 2 c h a n n e l s i n P h a s e 1
e s
u t i
~ 3 5 p s f r
p r
y p e 5 n s 1 n s
Mu 3 e 3 e w i l l r u r u n a a t r i r i gh gh e r l r l e s s D A Q
c u p a n c y u p t
. 2 MH z p e r s e n s
a x b a n d w i d t h 7 4 Mb i t / s ( x 4 r e q u i r e m e n t ) → d a t a
t p u t u p t
T B / s ( p h a s e 2 ) N e e d t
n fj n d a n d fj t fj t b i l l i
s
t r a c k s p e r s s e c
d … → O n l i n e e v e n t r e c
s t r u c t i
G P U f a r m ~ 5 G P U s
a t a r e d u c t i
~ 1 →
t p u t 5
MB / s
Mu 3 e D A Q
G . H e s k e t h 6 1
A t A t U C L C L w e a r e d e v e l
i n g t h e c c l
k & c
t r
s s y s t e m
t i c a l t r a n s m i s s i
:
l
k s i g n a l t
r
t e n d s
t r
s i g n a l s ( s t a r t r u n , r e s e t , … )
c t i v e s p l i t t i n g u s i n g F i r e f l y c
n e c t
s
C u r r r r e n t l y u n d e r c
s t r u r u c t i
, fj r fj r s t d d a t a 2 2 2 Mu 3 e
G . H e s k e t h 6 2
N e w p h y s i c s m u s t b e
t t t h e r e . . . b u t w w h e r e ? → r e a c h f u r t h e r t h r
g h l
s , w i t h h i g h p r e c i s i
m e a s u r e m e n t s Mu
p h y s i c s c
p l e m e m e n t s a a n d e e x t x t e n d s m a m a j
r
r e s e a r c h t h e m et et :
S M s e a r c h e s , C P V i n t h e l e p t
s e c t
a n d l e p t
e n e s i s
m a t t e r
n t i m a t t e r a s y m m e t r y g
:
i r s t p u b l i c a t i
p l a n n e d i n 2 1 9 , r u n n i n g f
2 m
e y e a r s t
e a c h 2 x B N L s t a t s .
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e x t e n d e d / u p g r a d e d r u n n i n g , a n d f
l
m e a s u r e m e n t s i n c l E D M c L F V :
2 e a n d Mu 3 e a i m i n g f
1
4
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e m e n t i n s e n s i t i v i t y
e r c u r r e n t l i m i t s
r
e m a s s s c a l e s u p t
1
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T e V
p l e m e n t a r y p h y s i c s , a n d c
p l e m e n t a r y t
G
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e a a n e e x c x c i t i n g f e w y e a r s !
C
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G . H e s k e t h 6 3
~ ~ fj n ~ ~
S c h e d u l e : 2 1 7 : t e s t b e a m a t C E R N H 8 B e a m L i n e 2 1 9 : L O I t
P S C 2 2 / 1 : c
s t r u c t i
& i n s t a l l a t i
2 2 2 / 4 : ( a f t e r L H C L S 2 ) s t a r t d a t a t a k i n g T h e
y l l i m i m i t e d b y h h a d r
i c L O c
r
r e c t i
s , a a
μ H N L O
T r a d i t i
a l c a l c u l a t i
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MU
E w E w i l l m e a s u r e s s p a c e
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B e t a r g e t s + S i d e t e c t
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n s t r e a m c a l
i m e t e r s + m u
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H V P H V P c c a l c u l a t e d u u s i n g d i s p e r s i
r e l a t i
p l ut ut e x p x p e r i m e m e n t a l d d a t a f f r
e
e e →h →h a d r
s → MU
E w i l l i m p r
e e x p e r i m e n t a l i n p u t S e e P h i a l a S h a n a h a n ’ s t a l k a t I C H E P
h t t p s : / / i n d i c
c e r n . c h / e v e n t / 6 8 6 5 5 5 / t i m e t a b l e / # 2 1 8 7 1 1
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→ → n e e d x x 2 i m p m p r
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e e p u p w i t h e x p x p e r i r i m e m e n t Mu
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T h e
y I I n i t i a t i v e u n d e r w r w a y h t t p s : / / w w w t h . k p h . u n i
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/ L a t t i c e s s t a r t i n g t
t r i r i b u t e t
B L & & H V P H V P
T . B l B l u m e e t a a l . , a r X i v X i v : 1 : 1 8 1 . 7 2 2 4
3ppb 22ppb 0.0003ppb