Detector MicroMegas

Al pasar por el detector, una partícula ioniza el gas, generando un par electrón-ión. 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 ión hacia el cátodo . Cerca de la malla, el electrón es acelerado por un campo eléctrico intenso, típicamente del orden de 40 kV/cm en el espacio de amplificación. Esto crea más pares electrón-ión, generando una avalancha de electrones . Una ganancia del orden de 10⁴ ^produce una señal suficientemente grande para ser leída por el electrodo correspondiente. El electrodo de lectura suele estar segmentado 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 incidente.

La señal se induce por el movimiento de cargas en el volumen entre la micromalla y el electrodo de lectura, denominado espacio de amplificación. La señal, de 100 ns de duración, consta de un pico electrónico (azul) y una cola iónica (roja). Dado que la movilidad de los electrones en el gas es más de 1000 veces superior a la de los iones, su señal se registra mucho más rápido que la iónica. La señal electrónica permite medir con precisión el tiempo de impacto, mientras que la iónica es necesaria para reconstruir la energía de la partícula.

En 1991, para mejorar la detección de hadrones en el experimento del Detector Ciego de Hadrones (HDB), ^{[ 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 con una brecha de amplificación de 1 mm para el experimento HDB, pero la ganancia no era lo suficientemente uniforme para ser utilizada en el experimento. La brecha de milímetros no estaba suficientemente controlada y creaba grandes fluctuaciones de ganancia. Sin embargo, se habían demostrado los beneficios de una brecha de amplificación reducida 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 otros nuevos conceptos 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 , se desarrolló la tecnología Micromegas para proporcionar detectores más estables, fiables, precisos y rápidos. En 2001, doce grandes detectores Micromegas de 40 x 40  cm² se utilizaron por primera vez en un experimento a gran escala en COMPASS, ^ubicado en el acelerador Super Proton Synchrotron del CERN.

Otro ejemplo del desarrollo de los detectores Micromegas es la invención de la tecnología "bulk". Esta tecnología consiste en la integración de la micromalla con la placa de circuito impreso que contiene los electrodos de lectura para construir un detector monolítico . Dicho detector 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, al modificar la micromalla para hacerla fotosensible a la luz ultravioleta , los detectores Micromegas pueden utilizarse para detectar incendios forestales ^{[ 6 ]} . Un Micromegas fotosensible también se utiliza para aplicaciones de temporización rápida. El PICOSEC-Micromegas utiliza un radiador Cherenkov y un fotocátodo frente al volumen gaseoso, y se mide una resolución temporal de 24 ps con partículas ionizantes mínimas ^{[ 7 ]} .

Los detectores Micromegas se utilizan en varios experimentos  :

• Física hadrónica: COMPASS, NA48 y los proyectos para el ILC- TPC y CLAS12 en J-lab están en estudio activo.
• Física de partículas: T2K, CAST , HELAZ, IAXO
• Física de neutrones: nTOF, ESS nBLM ^{[ 8 ]}

El detector Micromegas se utilizará en el experimento ATLAS , como parte de la actualización de su espectrómetro de muones planificado . ^{[ 9 ]}