Fig1: le détecteur Micromégas utilisé pour le test. La surface sensible est de 10x10 cm2.
En août 2010, au Cern (Genève), une équipe des physiciens du Sédi et du SPP, en collaboration avec un groupe de l'ETH-Zurich, a fait fonctionner avec succès et pour la première fois un détecteur Micromégas dans une chambre à projection temporelle à argon pur cryogénique (température de 87,2 kelvins).
Une chambre à projection temporelle (TPC) est un volume dans lequel les électrons d’ionisation produits par le passage de particules chargées sont guidés par un champ électrique uniforme et dérivent jusqu’aux détecteurs de lecture. Pour « lire » une TPC, il faut amplifier les signaux des électrons d’ionisation en bout de chambre, en provoquant des avalanches où se multiplient les électrons grâce à un fort champ électrique qui les accélère et crée donc une ionisation en cascade au voisinage de la cathode.
Dans le dispositif mis en place au Cern, la trentaine de litres du cryostat de la TPC était empli d’argon liquide et la lecture était faite par un micromégas développé à l’Irfu, avec des caractéristiques proches de celui de l'expérience T2K : un plan d'anodes de 32 pistes de cuivre de 3 mm de large par 10 cm de longueur avec un intervalle grille-anode de 100 microns. Le micromégas était placé au-dessus du liquide et baignait donc dans de l’argon gazeux pur.
Fig. 2: le dispositif en cours de montage.
Micromégas a surmonté de multiples défis. En effet, le fonctionnement d'un tel système, dans un gaz très dense, ultra pur (niveau d'impureté inférieur à un atome par milliard), sans composante de type « quencher » (limiteur l'avalanche) et à basse température, est très éloigné des conditions d'utilisation classique du micromégas. Dans ce nouveau régime de détection, la TPC a permis d'observer des rayons cosmiques qui déposent leur énergie dans l’argon liquide. La mesure des temps d'arrivée des charges fournit la profondeur des traces dans l'argon liquide, tandis que les anodes touchées du micromégas donnent la projection des traces suivant l'autre dimension. Les traces des rayons cosmiques peuvent donc être reconstituées en trois dimensions.
La finesse de la résolution spatiale des traces, la robustesse et la facilité de mise en œuvre du micromégas, la disponibilité et le faible coût de l'argon liquide confèrent à cette technologie un avenir prometteur.
Cette avancée cruciale dans l'utilisation d'un micromégas dans de l'argon en double-phase, ouvre la voie vers de nouveaux détecteurs très massifs de neutrinos (projet GLACIER) pouvant fournir une image à 3 dimensions raffinée des collisions des neutrinos en particulier pour la mesure de la violation de CP dans les oscillations de neutrinos.
Fig 4: Plusieurs rayons cosmiques traversant l'argon liquide (temps d'arrivée des charges et piste touchée).
Contacts:
<a href="/Phocea/Membres/Annuaire/index.php?uid=besida">Olivier BESIDA</a>
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• Détection des rayonnements › Détecteurs pour la physique des 2 infinis Constituants élémentaires et symétries fondamentales › Physique des neutrinos
• Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département de Physique des Particules (DPhP)
