Tests au Japon de la TPC Micromgas de

Tests au Japon de la TPC Micromégas de l’ILC Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 1

Introduction n La TPC pour l’ILC ¨ ILC et la TPC ¨ trois types d’amplification ¨ des tests pour ILC n Tests en faisceau à KEK ¨ théorie de la résolution (juin 2005) ¨ feuille résistif (octobre 2005) ¨ mystère du CF 4 (janvier 2006) n Conclusions Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 2

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 3

t TPC – Time Projection Chamber Les électrons Particule ionisante diffusent et dérivent à cause du champ Électrons séparés des ions électrique B E Un champ magnétique réduit la diffusion des électrons Le signal en temps et en X-Y Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas y x 4

Chambre à Fils La multiplication des électrons est fait près des fils Soumis a des effets de Ex. B B E B Cafe SEDI - 30 mars 2006 http: //www. particle. kth. se/group_docs/particle/courses/xray_instr. html Dan Burke - TPC Micromegas 5

GEM (Gas Electron Multiplication) 50µm 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 6

50µm Micromégas Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 7

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 8

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 9

Trouvé une endroit • CERN • DESY -les faisceaux ont été arrêtés en 2005 pour faire des économies pour le LHC -électrons de 6 Ge. V; pas idéal pour nos tests • FERMILAB -structure en temps du faisceau donne un fréquence d’événements de 0. 25 Hz – trop lent • KEK -un faisceau de pions à 4 Ge. V -aimant JACEE de 1, 2 T -libre entre 2004 au fin 2005 Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 10

KEK - Tsukuba PI 2 à KEK avec l’aimant JACEE Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 11

PI-2 4 Ge. V/c p beam Cafe SEDI - 30 mars 2006 Aimant JACEE diamètre : 850 mm Longueur utile: 1 m Dan Burke - TPC Micromegas 12

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 CF 4 couplés à réunion T 2 K (D. Burke, P. Colas, A. Giganon) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 13

Tests en faisceau à KEK – juin 2005 comprendre la résolution Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 14

MP-TPC • 384 canaux • Pads de 2, 3 x 6, 3 mm • Tests avec Ar. Iso et Ar. CF 4 Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 15

MP-TPC (multi-prototype TPC) Endplate fabriquée à Saclay Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 16

Display d’événement (software JTPC de D. Karlen) t Trace typique, seulement 1 -2 pads touchés x Cafe SEDI - 30 mars 2006 y À 4 T presque uniquement 1 pad Dan Burke - TPC Micromegas 17

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. Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas Z 18

La résolution n 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: Cafe SEDI - 30 mars 2006 Résolution à petite dérive: Dan Burke - TPC Micromegas 19

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 20

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 Cafe SEDI - 30 mars 2006 CD=193μm/√cm Ne=28 (fitted) Dan Burke - TPC Micromegas 21

Résolution – Données Ar. Iso – 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 22

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 23

Une couche résistive n En ajoutant une couche résistive (1 MW/ ) sur le plan d’anode on peut faire diffuser la charge après amplification. Grille Micromégas M. Dixit et al. Feuille Résistive (Carleton U. – Ottawa) Colle Pads Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 24

Étalement de la charge sur 3 pads t Cafe SEDI - 30 mars 2006 t Dan Burke - TPC Micromegas t 25

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, IN 2 P 3 -LAL and IPN, Orsay, France Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 26

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Le groupe à KEK (environ 40 personnes) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 28

TPC utilisée dans l’expérience Carleton Ottawa Saclay TPC Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas MP- TPC 29

L’équipement MP-TPC Carleton TPC n Électronique d’ALEPH n Préampli ALEPH, digitiseur (préampli, digitiseur 12, 5 MHz) de Montréal 24 MHz n Source 55 Fe intégré ¨ Calibration en permanence ¨ Courbe de gain Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 30

Micromégas et feuille résistive MP- TPC Feuille résistive Micromégas Endplate fabriquée par Orsay-Saclay Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 31

Le dîner japonais Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 32

Le restaurant ‘Mexico’ Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 33

Les Résultats: Tests en faisceau à KEK en champ magnétique Résolution en énergie n Gain n Décharge de la grille n Résolution spatiale n Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 34

Résolution en énergie pic de 55 Fe 5. 9 ke. V pic d’échappement 3 ke. V σ=7% Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 35

Gain dépasse 106 – la feuille résistive stabilise Micromégas *points mesurés avec le courant Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 36

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 Cafe SEDI - 30 mars 2006 Tremblement de terre Dan Burke - TPC Micromegas 37

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 Cafe SEDI - 30 mars 2006 x Dan Burke - TPC Micromegas 38

PRF (Pad Response Function) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 39

Trace non-typique! t y x (r=3. 7 cm at 1 T ~11 Me. V) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 40

Résolution – Carleton TPC Ar/i. C 4 H 10: 95/5 TPC Micromegas avec feuille résistive (pads de 2, 3 mm x 6, 3 mm) s 0 = 1/55 du pas des pads! Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 41

Résolution – Carleton TPC Comparaison faisceau-cosmiques TPC Micromégas Ar/CO 2: 90/10 (pads de 2, 3 mm x 6, 3 mm) Cosmiques Cafe SEDI - 30 mars 2006 Faisceau Dan Burke - TPC Micromegas 42

Résolution – MP TPC s 0 = 96 ± 3 µm préliminaire Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 43

Le mystère du CF 4 janvier 2006 Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 44

Ar j. CF 4 – 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 45

Ar j. CF 4 – des after-pulses Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 46

Ar j. CF 4 – Spectre de 55 Fe Ar e. CF 4 à Saclay (tests T 2 K) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 47

Ar j. CF 4 Isobutane – Spectre de 55 Fe En ajoutant quelques pourcent d’isobutane le spectre se calme Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 48

Conclusion n Beaucoup de données avec et sans feuille résistive ¨ Excellents résultats préliminaires avec micromégas et feuille résistive ¨ Comparaison avec les autres technologies n 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 49

Alice (CERN) décembre 2005 ILC TPC en construction (année 2015) Cafe SEDI - 30 mars 2006 Dan Burke - TPC Micromegas 50