Le projet ILC/ILD/CALICE CS du LPSC-Grenoble du 22 juin 2017 J.-y. - PowerPoint PPT Presentation

Le projet ILC/ILD/CALICE CS du LPSC-Grenoble du 22 juin 2017 J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

I.1 – Introduction Projet de R&D : -> calorimètrie EM Si/W Équipe 2017 Physiciens : 1 J-Y. Hostachy (DR 60%) ITA avec une contribution notoire : D. Grondin (IR 25%), J. Giraud (IE 20%) , Y. Carcagno (2016, AI 30%), L. Vivargent (AI 40%), Atelier (2015, 8%) Financement 2017 IN2P3 : Missions : 2850 € AP : 1900 € AIDA2020 : ~ 7500 €/an (sur 4 ans) Collaborations internationales CALICE ("CAlorimeter for the LInear Collider Experiment“) ILD (détecteur) J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

I.2 – Introduction R&D mécanique (en collaboration avec le LLR et le LAL) : 1. Architecture générale des bouchons EM : conception, dessins avancés et simulations numériques 2. Assemblage et le positionnement de la totalité du calorimètre EM (tonneau + bouchons) 3. Le démonstrateur 4. Le module EUDET 5. Définition du système de refroidissement de la totalité du calorimètre EM, ce qui constitue un point phare de notre activité 6. Outillage et intégration des bouchons EM dans le détecteur ILD 7. Participation aux tests en faisceau de prototypes 8. Le projet AIDA2020 J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

II.1 – Bref historique La contribution du LPSC concernant l'ILC a débutée en 2005. Au départ nous avions aussi une contribution dans le domaine de la micro-électronique, à savoir : 1. Conception et réalisation de l'électronique de lecture et de codage pour les pixels MOS du détecteur micro-vertex développés par l'IPHC de Strasbourg. Ce travail, réalisation d'un ADC «pipe line» de 4 ou 5 bits, de faible consommation (~1 mW) et d'une rapidité (> 10 MHz), est actuellement achevé. 2. Conception de circuits convertisseurs analogiques numériques rapides de type «pipe line» et de grande dynamique (12 bits) et de très faible consommation (~140 nW/canal) pour le calorimètre électromagnétique. Ce travail a été brusquement interrompu faute de moyens financiers. Une version élaborée de l'ADC 25 MS/s, 12 bits est actuellement utilisée dans le circuit NECTAR pour les projets CTA et HESS. Ce dernier circuit a été produit à 100000 exemplaires. 3. Conception d'un circuit électronique pour l'étalonnage du calorimètre EM (DAC de 14 bits). Ce travail de conception et de prototypage sera peut-être repris dans le futur. J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

II.2 – Bref historique Nous avons participé à toutes les campagnes de tests en faisceau qui ont eu lieu soit au CERN soit à Fermilab mettant en jeu les différents prototypes de calorimètres EM silicium- tungstène (Si-W) du projet ILC. Nous avons aussi pris une part très active à l'analyse des données en particulier concernant la colorimétrie EM : technique d'identification des électrons à partir de la forme des gerbes, technique d'alignement des différentes couches actives des cellules de détection, techniques de corrections des effets dus aux anneaux de garde des matrices de diodes, étude de la résolution en énergie sans ou avec rotation du prototype de calorimètre EM, linéarité, étude de la résolution spatiale et angulaire et enfin comparaisons des résultats expérimentaux avec les prédictions obtenues à partir de simulations Monte Carlo. Ces travaux ont contribué à l'écriture de plusieurs articles et d'une thèse. (Postdoc : Kaloyan Krastev, 2010 et 2011) Résolution en énergie Linéarité Résolution en position ± ( 5 . 23 1 ) ∆ = ⊕ ± X ( mm ) ( 0 . 7 1 ) E ( GeV ) ± ∆ ( 16 . 6 0 . 1 ) E = ⊕ ± (%) ( 1 . 1 0 . 1 ) E E ( GeV ) J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

II.3 – Bref historique Nous avons aussi travaillé en étroite collaboration avec l'université Hassan II de Casablanca (Maroc) sur la détection d'électrons dans le calorimètre EM Si-W. Enfin avons travaillé sur la mesure de la masse du boson de Higgs dans le canal : e + + e - -> Z H -> e + + e - + X pour le futur détecteur ILD. La cinématique initiale de la collision est très bien définie. On peut alors remonter à la masse du boson de Higgs sans faire la moindre hypothèse sur ses modes de désintégration. La polarisation du faisceau permet dans ce cas une amélioration du rapport signal sur bruit. Le boson Z est reconstruit en sélectionnant les couples e + - e - qui reproduisent au mieux la masse du Z. Enfin on introduit le bruit ce qui a pour effet de détériorer les résultats de nos précédentes données. Nous pouvons néanmoins conclure qu'avec une luminosité intégrée de 250 fb -1 , le boson de Higgs avec une masse de ~120 GeV (dans le cadre du Modèle Standard) est susceptible d'être mis en évidence. L'erreur sur la mesure de sa masse sera de l'ordre de 100 MeV selon l'état de polarisation du faisceau. J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

III.1 – Introduction : ILD et calorimètre EM ECAL: structure alvéolaire modulaire - composite (W / Carbone HR) ILD etector ECAL + HCAL Le End-Cap ECAL est fixé sur la face intérieure du End-Cap HCAL à l’aide de rails ECAL - Absorbeur: W (~80 tons) … - détecteur: Si (~300 000 wafers), FE (~1.2 M ASICs), ASU (~ 73000 PBCs) … ECAL End-Caps : 2x structure alvéolaire modulaire W / Carbone HR – 25,5 t chacun - 12 modules indépendants / EC - 2x540 alvéoles J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

III.2 – Conception des bouchons EM End-Caps: 25.5 t - structure alvéolaire modulaire - composite W / Carbone HR Chaque End-Cap est divisé en 4 quadrants composés chacun de 3 modules 3 colonnes d’alvéoles par module,15 alvéoles par colonne accueillant 30 “Ecal layers’’ M3 M2 M1 2492 185 Rails de fixation sur le HCAL: Ep. totale : 3cm Slab (Si) Système de refroidissement Leakless (échangeur thermique) Elément de détection 1 quadrant de 3 modules (~6.5 t) Poids (kg) Baseline ECAL End-cap 25,5 t / EC 25208 D=4192 +rails+services 4 quadrants de 3 modules 6302 1 Quadrant 2 x 12 modules Baseline ECAL End-cap D=4192 Module 1 1585 Face arrière totalement équipée avec 540 alvéoles Module 2 2164 rails et circuit de refroidissement Module 3 2553 J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

III.3 – Bouchons EM Si/W & nouvelles technologies CFRP (Carbone HR) components produced with several composite technologies Fastening system on HCAL: thick.3cm 185 mm Detector slab (Si) Moulding of one layer / 3 alveoli Same concept / EUDET module for barrel (LLR) L = 2.490 m wall thick. = 0.5mm bag molding & autoclave but different shapes and length of alveoli Construction of full size CFRP (Carbone HR) mechanical structures Up to 2.5m alveoli • • Interface to other detectors i.e. HCAL in ILD Ongoing developments 2017 Composite simulation - Tests of rails and module deformation Optimisation of rail localisation - Validation of moulding of 2.5m layers of 3 alveoli and module’ displacements - Optimization of deflection values / skin thickness Thick Carbon HR plate Th. 13 mm , Pioneering work by CALICE France for compact calorimeters with inserts and composite rails done by thermocompression J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

III.4- Composite Structure composite & séisme Optimisation on going / rails localisation/ on going Rails fixed Mode Fréquence [Hz] 1, 203.56 2, 204.24 3, 206.17 4, 208.13 5, 211.64 6, 212.02 Total Displacement Impact on ECAL dead zone Problem of bending stress of alveoli skins: influence / evolution of thickness of outer plies Safety coefficient w • Static: Sufficient / to the stress induced by weight of modules Carbone g • just sufficient / seism (s =3.2 for Japan?) / risks during integration and transport Shearing tests -> increase nb of ext. plies... Impact on ECAL dead zone=0.5mm= 1 extra external ply on modules stress in the structure J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17

III.5 – Système d’assemblage sur le HCAL HCAL Ring 4188 mm -> 3453 mm ECAL End-Cap ECAL cooling HCAL End-Cap Double row sized rail on Module’ back 87 mm 4 quadrants subdivided into 3 modules each Alveolar W-Carbon HR modules with Rails for Fastening system on HCAL D endcap = 4192 mm Tests foreseen in 2017 for definition Weight of endcap ~ 25.5 t of interfaces (flatness/precision…) J.-y. Hostachy - D. Grondin – J. Giraud CS LPSC – 22/06/17