11

R&D TPC Micromégas pour R&D TPC Micromégas pour l’ILCl’ILC

CSTS 29 juin 2007CSTS 29 juin 2007

22

Le contexteLe contexte 3 des 4 concepts de détecteur ILC ont une TPC3 des 4 concepts de détecteur ILC ont une TPC Toute la R&D mondiale pour la TPC de l’ILC est Toute la R&D mondiale pour la TPC de l’ILC est

réalisée dans le cadre de LC-TPC (41 instituts, réalisée dans le cadre de LC-TPC (41 instituts, 120 physiciens)120 physiciens)

LC-TPC allie une R&D amont “tous-azimuts” et la LC-TPC allie une R&D amont “tous-azimuts” et la réalisation en commun d’un grand prototyperéalisation en commun d’un grand prototype

Les principales technologies à l’étude sont GEM Les principales technologies à l’étude sont GEM et Micromégas. GEM est majoritaire, mais et Micromégas. GEM est majoritaire, mais Micromégas a démontré de nombreux avantagesMicromégas a démontré de nombreux avantages

Les sources de financement possibles sont: Les sources de financement possibles sont: 1) les labos1) les labos 2) la CE: EUDET pour l’infrastructure de test2) la CE: EUDET pour l’infrastructure de test 3) l’ANR3) l’ANR

33

HistoriqueHistorique1992 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

44

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

55

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)

66

Analyse du test en Analyse du test en faisceau de juin faisceau de juin

20052005

77

Mesure de résolution à B=0.5 et 1TMesure de résolution à B=0.5 et 1T

88

Théorie analytique de la Théorie analytique de la résolutionrésolution

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

1/√(12.Neff)

99

Extrapolation à la TPC de l’ILCExtrapolation 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 m de résolution.

Cependant avec une feuille résisitive et des pads de 2.3 mm, ce but est largement atteint (courbe rouge).

1010

Feuille Feuille résistiverésistiveUne feuille résistive collée sur le plan Une feuille résistive collée sur le plan

d’anode en fait un réseau de d’anode en fait un réseau de résistances et capacités qui étale la résistances et capacités qui étale la charge charge Proc. of LCWS 2005

On obtient une résolution de On obtient une résolution de 50 50 micronsmicrons à petite dérive à petite dérive

(et à toute dérive pour B assez (et à toute dérive pour B assez grand)grand)

Faisceau test à KEK B=1T

Micromegas avec feuille résistive

Q

ns

Cosmiques en champ magnétique

Dapnia 07-36, soumis à NIM A

1111

Bulk résisitifBulk résisitif La technologie bulk La technologie bulk NIM A 560 (2006) 405NIM A 560 (2006) 405

permet une grande robustesse et permet une grande robustesse et l’absence de zones mortes (pas de cadre)l’absence de zones mortes (pas de cadre)

Idée: la combiner à la technologie du Idée: la combiner à la technologie du résistifrésistif

Arrivée de Stephen Turnbull en Septembre Arrivée de Stephen Turnbull en Septembre Travail sur MC, tests T2K au CERNTravail sur MC, tests T2K au CERN RESIST (ANR?) : RESIST (ANR?) : 12 personnes+1 postdoc+ST12 personnes+1 postdoc+ST Tests en labo: bulk résistif, mesures de Tests en labo: bulk résistif, mesures de

résistivité, uniformité, etc…résistivité, uniformité, etc… Tests en faisceau ou cosmique au CERN Tests en faisceau ou cosmique au CERN

et/ou TRIUMF ou Fermilabet/ou TRIUMF ou Fermilab

1212

Tests de vieillissement (de Tests de vieillissement (de bulks)bulks)

Remise en route du canon X début 2007Remise en route du canon X début 2007 Test de vieillissement de bulks Test de vieillissement de bulks

Ar+isobutane, ArCF4IsoAr+isobutane, ArCF4Iso Méthode:Méthode:

11 cm

11 cm

Trou 5cm x 2cm

Absorbeur 200 microns alu 2cm x 2cm

Gain ~4000, courant 6 microamp. pendant 10 jours.

1313

EUDETEUDETConsortium européen pour l’infrastructure de test des détecteurs pour l’ILC

1414

SiTPCSiTPC Alternative à la feuille résistive pour résoudre le Alternative à la feuille résistive pour résoudre le

problème de la taille finie des pads: détecter les problème de la taille finie des pads: détecter les électrons d’ionisation un par un sur des pixels de 55 électrons d’ionisation un par un sur des pixels de 55 micronsmicrons

Démonstration en 2004 avec Medipix Démonstration en 2004 avec Medipix NIM A 540 (2005) 295NIM A 540 (2005) 295 Passage à TimePix (mesure du temps sur chaque pixel)Passage à TimePix (mesure du temps sur chaque pixel)

He 20% iC4H10 Ar 20% iC4H10

1515

Les puces Medipix2/TimePixLes puces Medipix2/TimePix

14.8 mm

11 22 44

55

66

55μm

55μm

65000 pixels sur 2cm2

Compteur 14 bits

Horloge 10 à 100 MHz

1616

Tests des TimePix au CernTests des TimePix au Cern

> 80 % de puces utilisables dont 50 % parfaites !

David Attié

1717

TimePix + Micromegas 90Sr à NIKHEF

Micromegas & GEMsMicromegas & GEMsGEMMicromegas

14 mm

14

mm

TimePix + GEM au faisceau de 5 GeV à DESYTimePix + Micromegas cosmiques à NIKHEF

1818

Dépôt anode~200 nm de Al

UV Dépôt métal~1 m d’Al

Motif Développement

Si Wafer + Micromegas

Pilliers

Grille

NIKHEFTwente Univ.

InGrid : Integrated GridInGrid : 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)

Résolution en énergie (55Fe) 4.9%

1919

Boîte de test pour Medipix2

M. RIALLOT (DAPNIA/SEDI)

• Premier test à Saclay d’un Medipix2 + Micromegas sous gaz

• Trouver le point de fonctionnement sans étincelle

• Medipix2 TimePix Large Prototype TPC

2020

D. Attié, M. Riallot, A. Giganon

Détecteur TimePix en cours d’assemblage- Mesure de fluctuations de gain, facteur de Fano

- Etude de la polarisation de rayons X

2121

Le “Large Prototype”Le “Large Prototype” Collaboration mondiale pilotée par LC-Collaboration mondiale pilotée par LC-

TPCTPC But : test grandeur nature des But : test grandeur nature des

différentes technologiesdifférentes technologies Notre rôle: détecteurs Micromegas (+ Notre rôle: détecteurs Micromegas (+

peut-être trigger avec des MPPC=SiPM)peut-être trigger avec des MPPC=SiPM) Cage de champ : DESYCage de champ : DESY Electronique : Lund+CERN, mais Electronique : Lund+CERN, mais

Saclay pour MicromégasSaclay pour Micromégas

2222

Le “Large Prototype”Le “Large Prototype”

2323

Panneaux MicromegasPanneaux Micromegas

Technologie ‘bulk résisitif’Technologie ‘bulk résisitif’ Electronique AFTER (T2K)Electronique AFTER (T2K) Conception, routage : Franck Senée, Conception, routage : Franck Senée,

Marc Riallot, Christophe CoqueletMarc Riallot, Christophe Coquelet 1 panneau prêt pour fin 20071 panneau prêt pour fin 2007

2424

Le détecteur TPC idéal…Le détecteur TPC idéal…

Detector side

Electronics side

Resistive bulk

1000 l.p.i. Nanocrystalline copper mesh, or gold mesh

Credit-card-like integrated electronics

Low-mass cooling

Each yellow item is a R&D topic

Res. foil grounding on the side

Optical link

2525

STRATEGIESTRATEGIE Contribuer activement à la vie de la communauté TPC et MicropatternContribuer activement à la vie de la communauté TPC et Micropattern

Organisation de conférences TPC (Paris bi-annuelle), Micropattern (IEEE) (PC, Organisation de conférences TPC (Paris bi-annuelle), Micropattern (IEEE) (PC, I. Giomataris, M. Titov), TPC jamboreesI. Giomataris, M. Titov), TPC jamborees

Participation au Comité de Revue du WWS (I. Giomataris)Participation au Comité de Revue du WWS (I. Giomataris) Participation à l’Institute board d’EUDET, au collaboration board et au Participation à l’Institute board d’EUDET, au collaboration board et au

technical board de LC-TPC (PC)technical board de LC-TPC (PC) Nouer des collaborations (France-Japon, SiTPC avec NIKHEF, résistif avec Nouer des collaborations (France-Japon, SiTPC avec NIKHEF, résistif avec

Carleton) et aider à démarrer sur Micromégas ceux qui le souhaitentCarleton) et aider à démarrer sur Micromégas ceux qui le souhaitent Se concentrer sur les sujets non communs avec les GEMs (on met peu Se concentrer sur les sujets non communs avec les GEMs (on met peu

d’effort sur l’ionisation primaire ou le gating par exemple)d’effort sur l’ionisation primaire ou le gating par exemple) Chercher les synergies (T2K, TPC 2Chercher les synergies (T2K, TPC 2 ou matière noire, polarimétrie X) ou matière noire, polarimétrie X)

Réunion endplate large prototype Paris septembre2006

MPGD/IEEE San Diego

2006

2626

L’équipeL’équipe

SPP : D. Attié (postdoc EUDET), P. Colas, M. Titov, D. SPP : D. Attié (postdoc EUDET), P. Colas, M. Titov, D. Burke puis S. Turnbull (stagiaires canadiens)Burke puis S. Turnbull (stagiaires canadiens)

+ Max Chefdeville (thésard en co-tutelle avec NIKHEF)+ Max Chefdeville (thésard en co-tutelle avec NIKHEF)

SEDI : E. Delagnes, A. Giganon, I. Giomataris, F. Senée, SEDI : E. Delagnes, A. Giganon, I. Giomataris, F. Senée, M. Riallot M. Riallot

(plus de nombreuses aides ponctuelles)(plus de nombreuses aides ponctuelles)

2727

DemandesDemandes Renforcement du groupeRenforcement du groupe

Remplacement de David Attié (mars 2008)Remplacement de David Attié (mars 2008) Postdoc ANR RESIST?Postdoc ANR RESIST? Un ou deux permanents supplémentairesUn ou deux permanents supplémentaires

Financement par le labo : 70 K€ en Financement par le labo : 70 K€ en 20072007 Devrait atteindre 150 k€/an vers 2010?Devrait atteindre 150 k€/an vers 2010?

Locaux : une salle d’environ 30 m2 Locaux : une salle d’environ 30 m2 avec gaz pour SiTPC/TimePix et RESIST avec gaz pour SiTPC/TimePix et RESIST (possible de partager avec autre (possible de partager avec autre activité similaire)activité similaire)