Tests au Japon de la TPC Micromégas de l’ILC Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Introduction La TPC pour l’ILC ILC et la TPC trois types d’amplification des tests pour ILC Tests en faisceau à KEK théorie de la résolution (juin 2005) feuille résistif (octobre 2005) mystère du CF4 (janvier 2006) Conclusions Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

ILC – International Linear Collider Collisionneur linéaire d’électrons et positons Quelques buts: Identité de la matière noire Etude détaillée du Higgs Recherche des dimensions supplémentaires Beaucoup d’autres 3 designs sur les 4 ont choisi une TPC comme tracker Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

TPC – Time Projection Chamber Les électrons diffusent et dérivent à cause du champ électrique Particule ionisante Électrons séparés des ions E B Un champ magnétique réduit la diffusion des électrons y x Le signal en temps et en X-Y Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Chambre à Fils La multiplication des électrons est fait près des fils Soumis a des effets de ExB B B E http://www.particle.kth.se/group_docs/particle/courses/xray_instr.html Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

GEM (Gas Electron Multiplication) L’amplification est faite dans les trous des GEM http://skappler.home.cern.ch/skappler/gem.htm Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Micromégas 50µm Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Micromégas Diffusion et amplification des électrons Lignes de champ électrique L’entonnoir arrête le retour des ions positifs Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Des tests pour la TPC de l’ILC Comparer les trois technologies dans les mêmes conditions Il faut un endroit avec un faisceau et un aimant Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Trouvé une endroit -les faisceaux ont été arrêtés en 2005 pour faire des économies pour le LHC CERN DESY -électrons de 6 GeV; pas idéal pour nos tests -structure en temps du faisceau donne un fréquence d’événements de 0.25 Hz – trop lent FERMILAB -un faisceau de pions à 4 GeV -aimant JACEE de 1,2 T -libre entre 2004 au fin 2005 KEK Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas KEK - Tsukuba PI2 à KEK avec l’aimant JACEE Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas PI-2 4 GeV/c p beam Aimant JACEE diamètre : 850 mm Longueur utile: 1 m Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Les tests à KEK 2004 – Chambre à fils avril 2005 – GEMs juin 2005 – Micromégas (P.Colas, A. Giganon, V. Lepeltier, T. Zerguerras) octobre 2005 – Micromégas avec feuille résistive en collaboration avec l’université de Carleton (D. Burke, P. Colas, A. Giganon, V. Lepeltier, T. Zerguerras) janvier 2006 – Tests en cosmiques en CF4 couplés à réunion T2K (D. Burke, P. Colas, A. Giganon) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Tests en faisceau à KEK – juin 2005 comprendre la résolution Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas MP-TPC 384 canaux Pads de 2,3 x 6,3 mm Tests avec ArIso et ArCF4 Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

MP-TPC (multi-prototype TPC) Endplate fabriquée à Saclay Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Display d’événement (software JTPC de D. Karlen) t Trace typique, seulement 1-2 pads touchés À 4T presque uniquement 1 pad y x Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas La dépendance en ‘Z’ de la résolution e- A petite dérive la charge tombe sur seulement un pad. Il est impossible de calculer un barycentre et la résolution devient moins bonne. Z Ordre de grandeur Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas La résolution Avec un gaz à faible diffusion ou un grand champ magnétique, la résolution spatiale est limitée par le pas des pads. Résolution à grande dérive: Résolution à petite dérive: Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Théorie analytique Calculation for Ar+5% isobutane with Magboltz diffusion coeff. for B=0, 0.5 and 1 T, <1/N>=1/46 and Polya fluctuations with q=0.5, pad pitch = 2.3 mm (Keisuke Fujii) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Simulation Simulation de la résolution transverse d’un TPC Micromégas (par Khalil Boudjemline, Carleton U. Ottawa) A petite dérive la résolution est limitée par la largeur des damiers CD=193μm/√cm Ne=28 (fitted) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Résolution – Données ArIso – 220 V/cm Les données sont en accord avec la théorie analytique et les simulations. Comment améliorer la résolution à petite dérive? Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Une solution pour répartir les charges sur plusieurs pads: Une feuille résistive M. Dixit, Carleton U, Ottawa Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Une couche résistive En ajoutant une couche résistive (1MW/ ) sur le plan d’anode on peut faire diffuser la charge après amplification. M. Dixit et al. (Carleton U. – Ottawa) Grille Micromégas Feuille Résistive Colle Pads Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Étalement de la charge sur 3 pads Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Tests en faisceau à KEK octobre 2005 Collaboration Allemagne, Canada, France, Japon, Philippines KEK, TUAT Tokyo Univ., Hiroshima Univ., Kogakuin Univ., Kinki Univ., Saga Univ., Tsukuba Univ., Japan MSU, Philippines, Carleton Univ.of Ottawa,Univ. de Montréal, Canada, MPI, Germany, DAPNIA-CEA, Saclay, IN2P3-LAL and IPN, Orsay, France Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Le groupe à KEK (environ 40 personnes) Une partie Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

TPC utilisée dans l’expérience Carleton Ottawa Saclay TPC MP- TPC Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas L’équipement MP-TPC Électronique d’ALEPH (préampli, digitiseur 12,5 MHz) Source 55Fe intégré Calibration en permanence Courbe de gain Carleton TPC Préampli ALEPH, digitiseur de Montréal 24 MHz Vincent a faits une presentation a saclay sur le prospective detecteur Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Micromégas et feuille résistive MP- TPC Micromégas Endplate fabriquée par Orsay-Saclay Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Le dîner japonais Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Le restaurant ‘Mexico’ Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Les Résultats: Tests en faisceau à KEK en champ magnétique Résolution en énergie Gain Décharge de la grille Résolution spatiale Vincent a faits une presentation a saclay sur le prospective detecteur Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Résolution en énergie pic de 55Fe 5.9keV pic d’échappement 3keV σ=7% Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Gain Gain dépasse 106 – la feuille résistive stabilise Micromégas *points mesurés avec le courant Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Décharge de la grille avec le temps Quand on débranche le câble haute tension, le détecteur continue à marcher pendant plusieurs heures. Déchargé uniquement par la source Tremblement de terre Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Étalement de la charge L’étalement de la charge (en temps et en XY) dû à la feuille résistive est vu sur 6 pads y x Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

PRF (Pad Response Function) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Trace non-typique! t y x (r=3.7cm at 1T ~11 MeV) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Résolution – Carleton TPC Ar/iC4H10:95/5 TPC Micromegas avec feuille résistive (pads de 2,3 mm x 6,3 mm) s0 = 1/55 du pas des pads! Facteur -à Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Résolution – Carleton TPC Comparaison faisceau-cosmiques TPC Micromégas Ar/CO2:90/10 (pads de 2,3 mm x 6,3 mm) Cosmiques Faisceau Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Résolution – MP TPC s0 = 96 ± 3 µm préliminaire Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Le mystère du CF4 janvier 2006 Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Ar jCF4 – des after-pulses Trace typique avec des after-pulses qui continuent jusqu’au bout du temps enregistré Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Ar jCF4 – des after-pulses Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Ar jCF4 – Spectre de 55Fe Ar eCF4 à Saclay (tests T2K) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Ar jCF4 Isobutane – Spectre de 55Fe En ajoutant quelques pourcent d’isobutane le spectre se calme Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

Dan Burke - TPC Micromegas Conclusion Beaucoup de données avec et sans feuille résistive Excellents résultats préliminaires avec micromégas et feuille résistive Comparaison avec les autres technologies Ecriture d’un papier sur la théorie de la résolution en cours Une théorie qui permet d’optimiser le design de la TPC d’ILC Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

ILC TPC en construction (année 2015) Alice (CERN) décembre 2005 Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas