Calorimétrie Micromegas, LAPP Etat des lieux 2014 & Prospectives Réunion CALICE/IN2P3, LPNHE, 3/10/2014

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1 Calorimétrie Micromegas, LAPP Etat des lieux 2014 & Prospectives 2015 Réunion CALICE/IN2P3, LPNHE, 3/10/2014 1

2 Introduction Micromegas pour le SDHCAL (ILC ou CLIC) Avantages par rapport aux scintillateurs Haute granularité La taille des cellules n'est pas limitée par le milieu sensible Avantages par rapport aux RPC Mode proportionnel idéal pour les corrections multi-seuils, nécessaires au-delà de 30 GeV) Evacuation rapide des ions réponse indépendante du courant (flux*de/dx) Inconvenients : étincelles à haut flux, techno. relativement coûteuse Chronologie 2006 «Proof of principle» (JINST 4 (2009) P11023) Petits prototypes 100 cm2, électronique analogique externe 2009 Prototypes réalistes pour le SDHCAL (NIM A729 (2013) , A763 (2014) 221) Grande taille 1x1 m2, ASIC sur PCB, power-pulsing, self-triggering (ANR DHCAL) 2012 Amélioration du détecteur Suppression des étincelles avec des films résistifs, petits prototypes (ANR SPLAM) 2015 Grands prototypes résistifs 2

3 Ressources humaines Petits prototypes résistifs 2015 Grands prototypes résistifs Jean Jacques Blaising 50 % Maximilien Chefdeville 50 % Yannis Karyotakis 20 % Iro Koletsou 10 % Maximilien Chefdeville 20 % Yannis Karyotakis 20 % Iro Koletsou 20 % P : 130 % IR : 45 % IE : 10 % AI : 15 % T : 10 % P : 60 % IR : 120 % AI : 20 % T : 20 % 3

4 Collaborateurs Weizmann, THGEM DHCAL group (S. Bressler, A. Breskin) Test combinés Micromegas-THGEM en 2012 (lecture MICROROC) Installation d'un setup MICROROC en janvier 2014 INP-Demokritos, Micromegas CMS group (T. Geralis) & Saclay (M. Titov) Développement de Micromegas résistifs pour l'upgrade des calo. vers l'avant (partie Backend) Groupes IN2P3 (impliqués sur le SDHCAL + Subatech) Setup MR au Weizmann Endcap calo CMS - Backend design 4

5 Rappel : prototypes Micromegas 1x1 m2 Active Sensor Unit PCB 8 couches de 32x48 cm2 = 24 ASIC (MICROROC) + diodes protection etincelles + damiers + Micromegas + flat connectors Prototype 1x1 m² (1 cm d'epaisseur) Approche modulaire : 6 ASU par prototype 2 % de zone mortes Espaceurs entre les ASUs circulation gaz et maintien de l'espace de dérive de 3 mm 5

6 Highlights of testbeam results (characterisation) Low noise (1 Hz/ASIC in SDHCAL) Excellent uniformity Efficiency > 95% Multiplicity ~ 1.15 Rate capable at shower max (150 GeV pions) Chb. 1 Chb. 2 6

7 Modélisation du detecteur (1/3) TB SDHCAL RPC+Micromegas (2012) profils de gerbes hadroniques dans un SDHCAL Micromegas échantillon de données utile pour la validation du modèle du détecteur But : dernière publication envisagée au sujet de ces grands prototypes Digitisation inputs : threshold, diffusion, timing (vitesse de derive, shaping time, ASIC clock) Ces variables ont ete rajoutées successivement pour améliorer l'accord data/mc Muon 150 GeV seuil bas Layer 9 Layer 19 Layer 34 Layer 49 Pion 100 GeV seuil bas 7

8 Modélisation du detecteur (2/3) Le seuil bas n'est pas sensible à la forme de la distribution du signal Le vrai défi est de reproduire les données des seuils superieurs En ajustant les seuils avec le jeu de données de muons, on trouve un bon accord. Pion 100 GeV seuil milieu Pion 100 GeV seuil haut 8

9 Modélisation du detecteur (3/3) Shower start ID Nhit(z) profil longitudinal intégration suivant z réponse hadronique La réponse hadronique est bien reproduite par la simulation Predictions Monte Carlo de la resolution en energie et performance multi-seuils credibles Réponse hadronique Résolution (MC) en énergie 9

10 Contributions au SDHCAL-RPC DAQ (1ere DIF, firmware DAQ intermediaire pour les TB) Analyse des données du SDHCAL (présentations aux réunions CALICE depuis 2012) Reconstruction de l'énergie et mesure de la résolution et linéarité (Cambridge, 2012) Saturation géometrique à un seuil et compensation multi-seuils (DESY, Annecy, 2013) Effets de chargement et corrections (Argonne, 2014) 10

11 Suppresion des etincelles (2012-) Motivations * A haut flux, le taux d'étincelles peut devenir handicapant (e.g. barrel/forward region LC, SLHC) * Nombreux composants sur les PCB (2 diodes de protection / cm2) Implémentation * Depôt résistf évacuation des charges plus lente charge d'espace reduction Efield * Validé pour les applications à bas (TPC ILC) et moyen flux (ATLAS muon spectro.) Questions : Etincelles - Efficacité et multiplicité - Effet du courant (de/dx*flux) sur la réponse? Test de 3 configuration resistives (ANR SPLAM) 11

12 Résultats présentés en 2014 (1/3) Test sur faisceau (DESY) en juillet 2013, analyse de données terminée en 2014 * Etincelles complètement supprimées, le résistif fonctionne * Réponse MIP (efficacité, multiplicité) : pas d'effet significatif du film resistif * Effet du flux : perte de gain (15 % à 200 khz) * Effet du de/dx à bas flux: pas d'effet significatif (1-5 GeV) 12

13 Résultats présentés en 2014 (2/3) Test sur faisceau (DESY) en juillet 2013, analyse de données terminée en 2014 * Etincelles complètement supprimées, le résistif fonctionne * Réponse MIP (efficacité, multiplicité) : pas d'effet significatif du film resistif * Effet du flux : perte de gain (15 % à 200 khz) * Effet du de/dx à bas flux: pas d'effet significatif (1-5 GeV) 13

14 Résultats présentés en 2014 (3/3) Test sur faisceau (DESY) en juillet 2013, analyse de données terminée en 2014 * Etincelles complètement supprimées, le résistif fonctionne * Réponse MIP (efficacité, multiplicité) : pas d'effet significatif du film résistif * Effet du flux : perte de gain (15 % à 200 khz) * Effet du de/dx à bas flux: pas d'effet significatif sur la linéarité (1-5 GeV) 14

15 R&D 2014 (1/2) L'analyse des données du testbeam 2013 a pris plus longtemps que prévu. Il est apparu que les propriétes géométriques et électriques du film resistif doivent être optimisées pour la calorimétrie (compromis entre les effets de chargement et le taux d'étincelles). Le choix du film résistif a été retardé de 2014 à 2015 et se basera sur les resultats d'une étude systematique des performances de nouveaux prototypes résistifs : Taille de 10x10 cm², PCB simple (et bon marché), électronique analogique externe Variations de la résistivité sur 5 ordres de grandeurs (motif et résistivité de la pâte) 15

16 R&D 2014 (2/2) Calendrier 10 PCB reçus Programme Labview mis à jour par Subatech 3 premiers prototypes (R+Bulk) attendus la semaine prochaine Dispositifs de test en labo prêts Scan en de/dx : 55Fe conversion au-dessus d'un GEM (LAPP) Scan en flux : generateur rayons X (CERN) Test de 6 prototypes sur faisceau au SPS (RD51) fin Novembre Scan en de/dx et flux (gerbes de pions, scan energie et flux) 16

17 R&D et demande de budgets Petits prototypes résistifs (en cours) poursuite de la fabrication et des tests (testbeam SPS) conclusion sur le film optimal en 2015 Grands prototypes résistifs ( ) euros Occasion de changer le dessin mécanique du prototype m² pour réduire les coûts Nouveau ASUs (plus grands : 48x48 cm2 ) + Resistive-Bulk-Micromegas Stock de MICROROC presque épuisé (~ 1x1 m2) Petite production via Omega Missions euros CERN test beam : 5000 Euros Meeting CALICE : 4 x 1500 = 6000 Euros (Japon et Allemagne) Meetings e+e- Etranger : 6000 Euros Meetings ILC en France : 1000 Euros 17

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