Département de Physique Nucléaire

En vue de la montée en énergie de l'accélérateur d'électrons du Jefferson Laboratory, le spectromètre CLAS doit être largement modifié d'ici 2014. Le projet, dénommé CLAS12, prévoit notamment la construction d'un trajectographe central, implanté dans un champ solénoïdal de 5 T, et destiné à la détection de protons et pions de moyenne impulsion (entre 0.2 et 1.5 GeV/c). 

Initialement, ce trajectographe devait être composé de détecteurs silicium, fruit d’une collaboration américano-russe, de grande surface totale (0,8 m²) et comprenant 35000 voies d’électronique. Mais afin d’améliorer la résolution angulaire, tout en diminuant la quantité de matière et le coût d’un tel équipement, le groupe CLAS du SPhN a proposé de remplacer 80% de ces silicium par des détecteurs gazeux de type Micromegas. Ceci grâce à la R&D menée au Sedi sur la nouvelle génération de Micromegas, dit « bulks ». Des simulations, basées sur les programmes Garfield et Magboltz, sont venues confirmer l’intérêt d’un tel dispositif mixte en termes de résolutions spatiale et angulaire. Il existe cependant une difficulté majeure liée à l’utilisation de détecteurs gazeux dans un champ magnétique intense. En effet les électrons, créés par le passage d’une particule chargée dans le volume du détecteur, dérivent avec un angle - dit de Lorentz - élevé par rapport à la direction du champ électrique. Dans les conditions nominales, cet angle est proche de 75°, et rend un Micromegas inutilisable. Les simulations ont montré qu’il était possible, en théorie, de ramener cet angle à moins de 20°, avec un choix judicieux de gaz et en augmentant le champ de dérive du détecteur, au prix d’une diminution de la transparence de la micro-grille. Avec un tel angle, le détecteur permettra une reconstruction des traces avec une efficacité de reconstruction supérieure à 95%.

En présence d’un champ magnétique, les signaux provenant des électrons de la dérive et des électrons de la micro-grille donnent ainsi lieu à deux pics séparés sur les pistes, et la différence de position entre ces pics fournit directement une mesure de l’angle de Lorentz vu par les électrons dans l’espace de dérive. Une première campagne de mesures d’angles de Lorentz a été effectuée à Saclay où un dipôle chaud du SACM a permis de prendre des données jusqu’à 1,5 T sur un détecteur Micromegas de petites dimensions. L’accord avec la simulation s’est révélé excellent, et cette campagne a donc validé à la fois le dispositif de mesure ainsi que la pertinence de la simulation jusqu’à ces champs magnétiques de moyenne intensité.

Le même dispositif a été installé en conditions réelles, sur l’aimant solénoïdal de CLAS, dans le Hall B du Jefferson Laboratory (Figure 2). Le détecteur utilisé avait une surface active de 53x12 cm² sur un plancher de 100 microns d’épaisseur, et était équipé d’une électrode de dérive  en mylar aluminisé située à quelques millimètres au dessus de la micro-grille. Les mesures ont été effectuées dans un pré-mélange argon-isobutane à 10%, dans des champs allant de 0 à 4,2T, et pour différents champs électriques de dérive (Figure 3).