Figure 1: La TPC de Minos vue de face, en position à Himac (Japon).
Les équipes du Sédi et du SPhN ont mis au point en 2 ans une chambre à projection temporelle (TPC pour Time Projection Chamber) utilisée comme trajectographe pour reconstruire le vertex de réactions nucléaires ayant lieu dans une cible d'hydrogène liquide. Ces deux entités forment le cœur de Minos, projet ERC dédié à la structure des noyaux les plus exotiques [1,2]. Minos (MagIc Numbers Off Stability) fait l’objet d’une collaboration scientifique étroite entre la DSM du CEA et le Nishina center de Riken (Japon) [3].
Minos a pour objectif de mettre à jour les nombres magiques (i.e. les nombres qui correspondent a une fermeture de couche nucléaire) de neutrons et protons pour les noyaux instables. Certains changements de la structure en couches nucléaires ont déjà été observés pour des noyaux instables, et d’autres, prédits par la théorie, sont encore méconnus expérimentalement. Ces effets seront étudiés avec Minos à Riken pour des noyaux très riches en neutrons comme 28O, 56Ca et 78Ni.
Les noyaux très exotiques sont disponibles uniquement sous forme de faisceaux de basse intensité (moins d’une particule par seconde) produits par fragmentation à l’énergie de plusieurs centaines de MeV/nucléon. Leur étude nécessite l’utilisation d’une cible très épaisse pour augmenter la luminosité de la réaction. Traditionnellement, l’utilisation de telles cibles est limitée car elle provoque une dégradation de la résolution en énergie à cause de la méconnaissance du lieu précis de la réaction. Le rôle de la TPC est de permettre d’accéder à ces informations pour la première fois dans ce type de mesures.
La TPC de Minos est un cylindre creux de 300 mm de long au centre duquel est insérée la cible cryogénique. Elle est composée d’une cathode fermant un volume de gaz dans lequel règne un champ électrique longitudinal très uniforme de 200 V/cm, d'une cage de champ assurant l’uniformité du champ électrique et d'un détecteur Micromegas [4] pour amplifier les électrons collectés.
Ces électrons, libérés par ionisation du gaz au passage des particules chargées produites au cours des réactions dans la cible, dérivent jusqu'au plan de lecture divisé en pads de 4 mm2 de surface. La granularité du détecteur et l'uniformité du champ électrique sont deux points clé pour garantir une reconstruction correcte des traces en 3 dimensions. A cette TPC s’ajouteront deux détecteurs ancillaires : un détecteur Micromegas cylindrique inspiré du trajectographe du projet Clas12 (projet SPhN /Sédi) et deux profileurs de faisceaux en silicium.
La lecture des signaux des différents sous-ensembles de Minos est effectuée avec des cartes électroniques frontales développées au Sédi pour l'expérience T2K et équipées avec la puce Aget développée dans le cadre du projet ANR Generic Electronics for TPCs (Get). Une nouvelle carte d’acquisition de données, Feminos, a été spécifiquement développée pour ce système [5]. Cette électronique permet de lire environ 6000 canaux avec un taux maximum de plusieurs kHz.
Contacts : A. Peyaud (Sédi), A. Corsi, C. Santamaria (SPhN).
[1] A. Obertelli, ERC Starting Grant Minos-258567 (2010-2015)
[2] A. Obertelli et al., Eur. Phys. J A 50, 8 (2014).
[3] Memorandum of Understanding entre CEA/DSM et Riken/Nishina Center (2013).
[4] I. Giomataris et al., Nucl. Instr. Meth. A 376, 29 (1996).
[5] D. Calvet, IEEE Trans. Nucl. Sci. 61, 675 (2014).
[6] C. Santamaria, A. Corsi et al., en préparation (2014).
Figure 2: (Gauche) Reconstruction des vertex de réactions le long de l’axe z du faisceau à partir des traces mesurées dans la TPC de Minos. Le dispositif expérimental à Himac contenait deux cibles dans la TPC. (Droite) Une projection dans le plan du détecteur Micromegas d'un événement détecté par la TPC.
• Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département de Physique Nucléaire (DPhN)
