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Tests au Japon de la TPC Micromégas de l’ILC

Tests au Japon de la TPC Micromégas de l’ILC. 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.

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Presentation Transcript

  1. Tests au Japon de la TPC Micromégas de l’ILC Dan Burke - TPC Micromegas

  2. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  3. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  4. TPC – Time Projection Chamber t 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 Dan Burke - TPC Micromegas

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

  6. GEM (Gas Electron Multiplication) 50µm L’amplification est faite dans les trous des GEM http://skappler.home.cern.ch/skappler/gem.htm Dan Burke - TPC Micromegas

  7. Micromégas 50µm Dan Burke - TPC Micromegas

  8. Micromégas Diffusion et amplification des électrons Lignes de champ électrique L’entonnoir arrête le retour des ions positifs Dan Burke - TPC Micromegas

  9. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  10. Trouvé une endroit -les faisceaux ont été arrêtés en 2005 pour faire des économies pour le LHC • CERN -électrons de 6 GeV; pas idéal pour nos tests • DESY -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 Dan Burke - TPC Micromegas

  11. KEK - Tsukuba PI2 à KEK avec l’aimant JACEE Dan Burke - TPC Micromegas

  12. PI-2 4 GeV/c p beam Aimant JACEE diamètre : 850 mm Longueur utile: 1 m Dan Burke - TPC Micromegas

  13. 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) Dan Burke - TPC Micromegas

  14. Tests en faisceau à KEK – juin 2005comprendre la résolution Dan Burke - TPC Micromegas

  15. MP-TPC • 384 canaux • Pads de 2,3 x 6,3 mm • Tests avec ArIso et ArCF4 Dan Burke - TPC Micromegas

  16. MP-TPC (multi-prototype TPC) Endplate fabriquée à Saclay Dan Burke - TPC Micromegas

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

  18. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  19. 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 petite dérive: Résolution à grande dérive: Dan Burke - TPC Micromegas

  20. 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) Dan Burke - TPC Micromegas

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

  22. 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? Dan Burke - TPC Micromegas

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

  24. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  25. Étalement de la charge sur 3 pads t t t Dan Burke - TPC Micromegas

  26. Tests en faisceau à KEKoctobre 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  27. Dan Burke - TPC Micromegas

  28. Le groupe à KEK (environ 40 personnes) Dan Burke - TPC Micromegas

  29. TPC utilisée dans l’expérience Carleton Ottawa Saclay TPC MP- TPC Dan Burke - TPC Micromegas

  30. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  31. Micromégas et feuille résistive Feuille résistive MP- TPC Micromégas Endplate fabriquée par Orsay-Saclay Dan Burke - TPC Micromegas

  32. Le dîner japonais Dan Burke - TPC Micromegas

  33. Le restaurant ‘Mexico’ Dan Burke - TPC Micromegas

  34. Les Résultats: Tests en faisceau à KEK en champ magnétique • Résolution en énergie • Gain • Décharge de la grille • Résolution spatiale Dan Burke - TPC Micromegas

  35. Résolution en énergie pic de 55Fe 5.9keV pic d’échappement 3keV σ=7% Dan Burke - TPC Micromegas

  36. Gain Gain dépasse 106 – la feuille résistive stabilise Micromégas *points mesurés avec le courant Dan Burke - TPC Micromegas

  37. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  38. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  39. PRF (Pad Response Function) Dan Burke - TPC Micromegas

  40. Trace non-typique! t y x (r=3.7cm at 1T ~11 MeV) Dan Burke - TPC Micromegas

  41. Résolution – Carleton TPC Ar/iC4H10:95/5 TPCMicromegas avec feuille résistive(pads de 2,3 mm x 6,3 mm) s0 = 1/55 du pas des pads! Dan Burke - TPC Micromegas

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

  43. Résolution – MP TPC s0 = 96 ± 3 µm préliminaire Dan Burke - TPC Micromegas

  44. Le mystère du CF4janvier 2006 Dan Burke - TPC Micromegas

  45. Ar jCF4 – des after-pulses Trace typique avec des after-pulses qui continuent jusqu’au bout du temps enregistré Dan Burke - TPC Micromegas

  46. Ar jCF4 – des after-pulses Dan Burke - TPC Micromegas

  47. Ar jCF4 – Spectre de 55Fe Ar eCF4 à Saclay (tests T2K) Dan Burke - TPC Micromegas

  48. Ar jCF4 Isobutane – Spectre de 55Fe En ajoutant quelques pourcent d’isobutane le spectre se calme Dan Burke - TPC Micromegas

  49. 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 Dan Burke - TPC Micromegas

  50. ILC TPC en construction (année 2015) Alice (CERN) décembre 2005 Dan Burke - TPC Micromegas

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