El detector MicroMegas ( estructura Micro - Me sh Gas seous ) es un detector de partículas gaseosas y un avance de la cámara de alambre . Inventados en 1996 por Georges Charpak y Ioannis Giomataris, [1] los detectores de micromegas se utilizan principalmente en física experimental, en particular en física de partículas , física nuclear y astrofísica para la detección de partículas ionizantes .
Los detectores de micromegas se utilizan para detectar el paso de partículas cargadas y obtener propiedades como la posición , el tiempo de llegada y el momento . La ventaja de la tecnología Micromegas es una alta ganancia de 10 4 mientras opera con tiempos de respuesta pequeños del orden de 100 ns. Esto se logra dividiendo la cámara de gas con una malla microscópica, lo que convierte al detector Micromegas en un detector gaseoso de micropatrón . Para minimizar la perturbación de la partícula que incide, el detector tiene sólo unos pocos milímetros de espesor. [2]
Al pasar por el detector, una partícula ioniza el gas, dando como resultado un par electrón/ion. Debido a un campo eléctrico del orden de 400 V/cm, el par no se recombina y el electrón se desplaza hacia el electrodo de amplificación (la malla) y el ion hacia el cátodo . Cerca de la malla, el electrón es acelerado por un intenso campo eléctrico, típicamente del orden de 40 kV/cm en el espacio de amplificación. Esto crea más pares electrón/ion, lo que resulta en una avalancha de electrones ab . Una ganancia del orden de 10 4 crea una señal suficientemente grande para ser leída por el electrodo previsto. El electrodo de lectura generalmente se segmenta en tiras y píxeles para reconstruir la posición de la partícula incidente. La amplitud y la forma de la señal permiten obtener información sobre el tiempo y la energía de la partícula impactante.
La señal es inducida por el movimiento de cargas en el volumen entre la micromalla y el electrodo de lectura, llamado espacio de amplificación. La señal de 100 ns de longitud consta de un pico de electrón (azul) y una cola de iones (rojo). Dado que la movilidad de los electrones en el gas es más de 1000 veces mayor que la movilidad de los iones, su señal se registra mucho más rápido que la señal iónica. La señal electrónica permite medir con precisión el tiempo de incidencia, mientras que la señal iónica es necesaria para reconstruir la energía de la partícula.
En 1991, para mejorar la detección de hadrones en el experimento Hadron Blind Detector, [3] I. Giomataris y G. Charpak redujeron la brecha de amplificación de una cámara de chispas de placas paralelas para acortar el tiempo de respuesta. Se construyó un prototipo de brecha de amplificación de 1 mm para el experimento HDB, pero la ganancia no fue lo suficientemente uniforme como para usarse en el experimento. La diferencia milimétrica no se controló lo suficiente y generó grandes fluctuaciones de ganancia. Sin embargo, los beneficios de una reducción de la brecha de amplificación quedaron demostrados y el concepto Micromegas nació en octubre de 1992, poco antes del anuncio de la concesión del Premio Nobel a Georges Charpak por la invención de las cámaras de alambre . Georges Charpak solía decir que este detector y algunos otros conceptos nuevos pertenecientes a la familia de detectores gaseosos de micropatrones (MPGD) revolucionarían la física nuclear y de partículas tal como lo había hecho su detector. [4]
A partir de 1992 en el CEA Saclay y el CERN , la tecnología Micromegas se ha desarrollado para proporcionar detectores más estables, fiables, precisos y rápidos. En 2001, se utilizaron por primera vez doce grandes detectores Micromegas de 40 x 40 cm 2 en un experimento a gran escala en COMPASS , situado en el acelerador Super Proton Synchrotron del CERN.
Otro ejemplo del desarrollo de los detectores Micromegas es la invención de la tecnología "a granel". La tecnología “bulk” consiste en la integración de la micromalla con la placa de circuito impreso que lleva los electrodos de lectura para construir un detector monolítico . Un detector de este tipo es muy robusto y puede producirse mediante un proceso industrial ( 3M demostró una implementación exitosa en 2006 [5] ), lo que permite aplicaciones públicas. Por ejemplo, modificando la micromalla para hacerla fotosensible a la luz ultravioleta , los detectores Micromegas se pueden utilizar para detectar incendios forestales. [6] También se utiliza un Micromegas fotosensible para aplicaciones de sincronización rápida. El PICOSEC-Micromegas utiliza un radiador Cherenkov y un fotocátodo delante del volumen gaseoso y se mide una resolución temporal de 24 ps con partículas ionizantes mínimas . [7]
Los detectores de micromegas se utilizan en varios experimentos:
El detector de micromegas se utilizará en el experimento ATLAS , como parte de la actualización de su espectrómetro de muones planificado. [9]