R&D TPC Micromégas pour l’ILC CSTS 29 juin 2007

Le contexte 3 des 4 concepts de détecteur ILC ont une TPC Toute la R&D mondiale pour la TPC de l’ILC est réalisée dans le cadre de LC-TPC (41 instituts, 120 physiciens) LC-TPC allie une R&D amont “tous-azimuts” et la réalisation en commun d’un grand prototype Les principales technologies à l’étude sont GEM et Micromégas. GEM est majoritaire, mais Micromégas a démontré de nombreux avantages Les sources de financement possibles sont: 1) les labos 2) la CE: EUDET pour l’infrastructure de test 3) l’ANR

Historique 1992 Garmich-Partenkirchen proposition de TPC pour l’ILC (R. Settles) 1996-97 Conceptual Design Report de TESLA. Proposition de lecture Micromégas et GEM 1999-2004 TPC Berkeley-Orsay-Saclay Juin 2005: MP-TPC en faisceau à KEK 2006 développement de la théorie de la résolution dans un détecteur Micropattern 2002-2005: développement de la technique ‘feuille résistive’ avec Carleton U. Octobre 2005 : résolution 50 microns à petite distance en faisceau à KEK Nov. 2006 : Record de résolution 50 microns à toute distance en champ de 5T à DESY 2007 projet RESIST Janvier-Avril 2004 : démonstration de principe de gas+pixel (TPC digitale) Juillet 2005 : premiers InGrids (Micromégas sur silicium) Janvier 2006 : démarrage d’EUDET Design de TimePix et acquisition à Saclay

1999-2004 : réalisation d’une grande TPC (50cm, 1000 canaux) dans l’aimant RMN530 (2T) NIM A 535 (2004) 181 Etudes de gaz NIM A (2002), étude de la résolution Etude de la suppression du retour des ions NIM A 535 (2004) 226

Tests en faisceaux à KEK en juin et octobre 2005, tests cosmiques en 2006 TPC 384 ‘pads partout’ Multi-Prototype TPC (fils, GEM et Micromegas)

Analyse du test en faisceau de juin 2005

Mesure de résolution à B=0.5 et 1T

Théorie analytique de la résolution 1/√12 Avec nos collègues japonais, nous avons mis au point une théorie analytique de la résolution: Effets de fluctuation d’ionisation, de fluctuation du gain, et de taille finie des pads, limitent la résolution. En raison du manque de partage de la charge entre pads voisins la résolution est, au mieux, de 10% de la largeur des pads 1/√(12.Neff)

Extrapolation à la TPC de l’ILC Conclusion: même avec un pas de 1mm, Micromegas avec des pads standard ne permettrait pas d’atteindre le but de 130 mm de résolution. Cependant avec une feuille résisitive et des pads de 2.3 mm, ce but est largement atteint (courbe rouge).

Feuille résistive Faisceau test à KEK B=1T Micromegas avec feuille résistive Une feuille résistive collée sur le plan d’anode en fait un réseau de résistances et capacités qui étale la charge Proc. of LCWS 2005 On obtient une résolution de 50 microns à petite dérive (et à toute dérive pour B assez grand) Dapnia 07-36, soumis à NIM A Cosmiques en champ magnétique Q ns

Bulk résisitif La technologie bulk NIM A 560 (2006) 405 permet une grande robustesse et l’absence de zones mortes (pas de cadre) Idée: la combiner à la technologie du résistif Arrivée de Stephen Turnbull en Septembre Travail sur MC, tests T2K au CERN RESIST (ANR?) : 12 personnes+1 postdoc+ST Tests en labo: bulk résistif, mesures de résistivité, uniformité, etc… Tests en faisceau ou cosmique au CERN et/ou TRIUMF ou Fermilab

Tests de vieillissement (de bulks) Remise en route du canon X début 2007 Test de vieillissement de bulks Ar+isobutane, ArCF4Iso Méthode: 11 cm Trou 5cm x 2cm Absorbeur 200 microns alu 2cm x 2cm Gain ~4000, courant 6 microamp. pendant 10 jours.

EUDET Consortium européen pour l’infrastructure de test des détecteurs pour l’ILC

SiTPC Alternative à la feuille résistive pour résoudre le problème de la taille finie des pads: détecter les électrons d’ionisation un par un sur des pixels de 55 microns Démonstration en 2004 avec Medipix NIM A 540 (2005) 295 Passage à TimePix (mesure du temps sur chaque pixel) He 20% iC4H10 Ar 20% iC4H10

Les puces Medipix2/TimePix 65000 pixels sur 2cm2 Compteur 14 bits Horloge 10 à 100 MHz 14.8 mm

Tests des TimePix au Cern David Attié  > 80 % de puces utilisables dont 50 % parfaites !

Micromegas & GEMs Micromegas GEM 14 mm 14 mm TimePix + Micromegas cosmiques à NIKHEF TimePix + Micromegas 90Sr à NIKHEF TimePix + GEM au faisceau de 5 GeV à DESY

InGrid : Integrated Grid Grille InGrid : Integrated Grid (post-processing sur silicium) Permet d’éviter les zones mortes d’aligner les trous sur les pixels de faire des grilles parfaites NIM A 556 (2006) Pilliers Si Wafer + Micromegas NIKHEF Twente Univ. Dépôt anode ~200 nm de Al Résolution en énergie (55Fe) 4.9% UV Dépôt métal ~1 mm d’Al Motif Développement

Boîte de test pour Medipix2 Premier test à Saclay d’un Medipix2 + Micromegas sous gaz Trouver le point de fonctionnement sans étincelle Medipix2  TimePix  Large Prototype TPC M. RIALLOT (DAPNIA/SEDI)

Détecteur TimePix en cours d’assemblage Mesure de fluctuations de gain, facteur de Fano Etude de la polarisation de rayons X D. Attié, M. Riallot, A. Giganon

Le “Large Prototype” Collaboration mondiale pilotée par LC-TPC But : test grandeur nature des différentes technologies Notre rôle: détecteurs Micromegas (+ peut-être trigger avec des MPPC=SiPM) Cage de champ : DESY Electronique : Lund+CERN, mais Saclay pour Micromégas

Le “Large Prototype”

Panneaux Micromegas Technologie ‘bulk résisitif’ Electronique AFTER (T2K) Conception, routage : Franck Senée, Marc Riallot, Christophe Coquelet 1 panneau prêt pour fin 2007

Le détecteur TPC idéal… Electronics side Detector side Credit-card-like integrated electronics Resistive bulk Optical link 1000 l.p.i. Nanocrystalline copper mesh, or gold mesh Low-mass cooling Res. foil grounding on the side Each yellow item is a R&D topic

STRATEGIE Contribuer activement à la vie de la communauté TPC et Micropattern Organisation de conférences TPC (Paris bi-annuelle), Micropattern (IEEE) (PC, I. Giomataris, M. Titov), TPC jamborees Participation au Comité de Revue du WWS (I. Giomataris) Participation à l’Institute board d’EUDET, au collaboration board et au technical board de LC-TPC (PC) Nouer des collaborations (France-Japon, SiTPC avec NIKHEF, résistif avec Carleton) et aider à démarrer sur Micromégas ceux qui le souhaitent Se concentrer sur les sujets non communs avec les GEMs (on met peu d’effort sur l’ionisation primaire ou le gating par exemple) Chercher les synergies (T2K, TPC 2b ou matière noire, polarimétrie X) MPGD/IEEE San Diego 2006 Réunion endplate large prototype Paris septembre2006

L’équipe SPP : D. Attié (postdoc EUDET), P. Colas, M. Titov, D. Burke puis S. Turnbull (stagiaires canadiens) + Max Chefdeville (thésard en co-tutelle avec NIKHEF) SEDI : E. Delagnes, A. Giganon, I. Giomataris, F. Senée, M. Riallot (plus de nombreuses aides ponctuelles)

Demandes Renforcement du groupe Remplacement de David Attié (mars 2008) Postdoc ANR RESIST? Un ou deux permanents supplémentaires Financement par le labo : 70 K€ en 2007 Devrait atteindre 150 k€/an vers 2010? Locaux : une salle d’environ 30 m2 avec gaz pour SiTPC/TimePix et RESIST (possible de partager avec autre activité similaire)