Feasibility studies of the final focus system in the compact linear collider

This Master thesis work has been carried out at European Organization for Nuclear Research (CERN) in the framework of the CLIC (Compact Linear Collider) study. The CLIC is an international study for a potential future lepton collider, colliding positrons and electrons at up to 3 TeV centre of mass energy. The design is based on normal conducting elements, making use of a novel two-beam acceleration scheme in order to have a reasonable power consumption. This thesis work focuses on the tuning of the Final Focus System (FFS) of the CLIC in two energy configurations: 500GeV and 3 TeV. The purpose of the FFS is to demagnify the beam to the required transverse size at the interaction point (IP). When realistic imperfections in magnet alignment are considered, the performance of the collider in terms of Luminosity drops dramatically. The tuning is the procedure that brings the system to its nominal performance. The tuning simulations were conducted using three main algorithms designed to maximize a specific parameters: the luminosity of the beam. These algorithms optimize the elements positions in the FFS to achieve the goal. At the end a comparison between different tuning method was done in order to find the best method to optimize the luminosity of the CLIC and future linear colliders.

Il presente lavoro di tesi è stato condotto presso il Centro Europeo di Ricerca Nucleare (CERN) nell'ambito del progetto del Compact Linear Collider (CLIC). Il CLIC è uno studio internazionale per un potenziale collider di leptoni, che permette l'interazione di elettroni e positroni con un'energia di 3 TeV al centro di massa. Il design è basato sull'uso di conduttori a temperatura ambiente, facendo uso di un nuovo schema di accelerazione a due fasci che permette di avere un ragionevole consumo di potenza. Il lavoro di tesi si focalizza sul tuning del Sistema di Focalizzazione Finale (SFF) del CLIC in entrambe le configurazioni di energia: 500GeV e 3TeV. Lo scopo dello SFF è di ridurre la sezione trasversale del fascio nel punto di interazione (PI) fino ai valori richiesti. Le imperfezioni dovute al disallineamento dei magneti causano un drastico calo della luminosità. Il procedura di tuning riporta il sistema ai valori di funzionamento nominali. Questa, prevede l'utilizzo di simulazioni e l'uso di tre principali algoritmi di ottimizzazione che hanno il compito di riportare i parametri principali ai valori nominali. Tali algoritmi vanno a modificare la posizione dei magneti fino a che il risultato prestabilito non viene raggiunto. Alla fine è stato condotto anche un confronto tra i vari algoritmi in modo da verificare quale sia il metodo migliore per ottimizzare la luminosità del CLIC e dei futuri collider lineari.