Transcript MICE pencil beam raster scan simulation study Andreas Jansson Recap • Aim is to understand if MICE has any chance of measuring more subtle effects (such.

MICE
pencil beam raster scan
simulation study
Andreas Jansson
Recap
• Aim is to understand if MICE has any
chance of measuring more subtle
effects (such as effects of scattering
tails) in addition to the 10% cooling
increment.
• Method: send zero emittance “probe
beams” with various initial offsets to
see how their distributions evolve.
3/11/2009
MICE analysis meeting
A. Jansson
2
Initial Angular Offset
y
px
0.15
0.15
py
0.15
0.10
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
y
0.15
0.10
0.05
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.15
0.15
py
px
0.15
0.10
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
py
px
0.15 0.10 0.05
0.05 0.10 0.15
0.10
0.15
0.05
0.10
0.15
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
y
0.15
0.10
0.05
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
3/11/2009
0.05
MICE analysis meeting
A. Jansson
3
Initial Position Offset (w/o ang. mom.)
y
px
0.15
0.15
py
0.15
0.10
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
y
0.15
0.10
0.05
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.15
0.15
py
px
0.15
0.10
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
py
px
0.15 0.10 0.05
0.05 0.10 0.15
0.10
0.15
0.05
0.10
0.15
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
y
0.15
0.10
0.05
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
3/11/2009
0.05
MICE analysis meeting
A. Jansson
4
Angular momentum
• Spectrometer solenoid
field B=-3.96T
x
• Bρ=0.667 Tm
y.
(p=200MeV/c)
• θ/r=2.97 mrad/mm
z
 B  dA  0
– x=1mm -> y’= 2.97mrad
– y=1mm -> x’=-2.97mrad
0
 r 2 B0  2 r  Br ( z )dz  0

0
r B0
Br ( z )dz   2   (r )  B
 
3/11/2009
MICE analysis meeting
r B0
2 B
A. Jansson
5
Initial Position Offset (w. ang. mom.)
y
px
0.15
0.15
py
0.15
0.10
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
y
0.15
0.10
0.05
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
0.15
0.15
py
px
0.15
0.10
0.10
0.10
0.05
0.05
0.05
py
px
0.15 0.10 0.05
0.05 0.10 0.15
0.10
0.15
0.05
0.10
0.15
x
0.15
0.10
0.05
0.05
0.10
0.15
y
0.15
0.10
0.05
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
0.10
0.15
0.15
0.15
3/11/2009
0.05
MICE analysis meeting
A. Jansson
6
Pz vs t
Initial:
dx=40mm
dy’=0.120
Initial:
dx’=0.100
pz
200
pz
200
Initial:
dx’=0.300
195
Initial:
dx=120mm
dy’=0.360
195
190
190
185
185
180
180
175
175
170
35.0
t
35.5
36.0
36.5
37.0
170
35.0
t
35.5
36.0
36.5
37.0
NB. x’=px/pz, initial ptot (not pz) constant.
3/11/2009
MICE analysis meeting
A. Jansson
7
Ptot vs t
ptot
200
ptot
200
Initial:
dx’=0.300
195
195
190
190
185
185
180
35.0
t
35.5
36.0
36.5
37.0
180
35.0
Initial:
dx=120mm
dy’=0.360
t
35.5
36.0
36.5
37.0
NB. x’=px/pz, initial ptot (not pz) constant.
3/11/2009
MICE analysis meeting
A. Jansson
8
Pz vs t (const. initial pz)
pz
200
Initial:
dx’=0.400
pz
200
Initial:
dx=100mm
dy’=0.300
195
195
190
190
185
185
180
35.0
3/11/2009
35.5
36.0
36.5
37.0
t 180
35.0
t
35.5
MICE analysis meeting
36.0
36.5
37.0
A. Jansson
9
Effect of RF phase
Const Ptot
Pz
P tot GeV
0.22
0.21
0.21
t ns
37.0
30º
36.5
0.20
0.20
0.19
0.19
0.18
0.18
x cm
0
Const Pz
t
Ptot
P z GeV
0.22
2
4
6
8
10
12
45º
60º
90º
36.0
35.5
x cm
0
2
P z GeV
0.22
P tot GeV
0.22
0.21
0.21
4
6
8
10
x cm
12
0
2
4
6
8
10
12
2
4
6
8
10
12
t ns
37.0
36.5
0.20
0.20
36.0
0.19
0.19
0.18
0.18
35.5
x cm
0
2
4
6
8
10
12
x cm
0
2
4
6
8
10
12
x cm
0
NB. Peak gradient adjusted for constant accelerating gradient.
3/11/2009
MICE analysis meeting
A. Jansson
10
Effect on transverse plane
X'
0.10
X'
0.10
0.05
0.05
X
0.10
0.05
0.05
0.10
X
0.10
0.05
0.05
0.05
0.10
0.10
Const Ptot
3/11/2009
0.05
0.10
Const Pz
MICE analysis meeting
A. Jansson
11
Emittance out vs initial angle
10 44
8.
10 45
6.
10 45
4.
10 45
2.
10 45
Eout
1.
0
0.2
0.1
0.0
0.1
0.2
Xpin m
Emittance out for zero initial
Emittance, as a function of initial
Angle.
3/11/2009
MICE analysis meeting
Results from MuScat
M Ellis et al,
AIP Conf. Proc. Vol. 896, pp. 168-177
A. Jansson
12
Summary
• In general, significant dependence of longitudinal dynamics on
transverse amplitude
– For angles > ~50mrad and positions > ~5cm
• For 90º RF phase, an initial sample selected with fixed Pz
comes out with Pz (but not t) approximately independent of
transverse amplitude.
– Could be useful in trying to select an “uncoupled sample” for
analysis (but MICE does not measure Pz very well)
• Emittance out depends strongly on angle in for angles >
~50mrad.
– This corresponds roughly to the tails of the H2 scattering
distribution.
• Unlikely that MICE can resolve any effect of the scattering
tails (as measured in MuScat).
– This is a hunch, not a proof.
3/11/2009
MICE analysis meeting
A. Jansson
13