Detectores

Acercándonos al LHC

Los eventos (un evento es una colisión con todas sus partículas resultantes) son estudiadas en detectores gigantes que son capaces de reconstruir lo que ocurrió durante las colisiones, y todo esto en un entorno elevadísimo de tasa de colisiones.  Pueden ser comparados con enormes cámaras digitales tridimensionales que pueden tomar 40 millones de "secuencias"  (digitalizadas por decenas de millones de sensores) por segundo.  Los detectores son construidos en capas, teniendo cada capa una determinada funcionalidad. Las internas son las menos densas, mientras que las exteriores son las más densas y compactas. 

Las partículas muy masivas que los científicos esperan crear tienen una muy corta vida, decayendo en otras más ligeras y ya conocidas. Después due una colisión cientos de esas partículas ligeras como electrones, muones y fotones, pero también protones, neutrones y otras, vuelan a través del detector con velocidades próximas a la de la luz.  Los detectores usan esas partículas ligeras para deducir la breve existencia de las nuevas y pesadas producidas.

Las trayectorias de las partículas cargadas son curvadas por campos magnéticos, y los radios de curvatura son utilizados para calcular sus momentos: cuanto más alta es la energía  máis abierta es la curvatura. Por tanto, partículas con mucha energía cinética  presentan una suficiente trayectoria a través del detector para ser medido su radio de  curvatura e por tanto su momento. Otras partes del detector son los calorímetros destinados a medir la energía de las partículas (tanto de las cargadas como de las no cargadas). Los calorímetros también debernser suficientemente grandes para absorber la máxima energía posible. Estas dos son las razones de que los detectores del LHC sean tan grandes. Los detectores rodean el punto de interacción para recoger toda la energía de las partículas y el balance de los momentos de cada evento para reconstruirlo en detalle. Combinando la informacion desde las diferentes capas es posible determinar el tipo de partícula que dejó su traza en cada capa. 

Las partículas – electrones, protones ye muones – dejan trazas por ionización. Los electrones son muy ligeros y por tanto pierden su energía muy rápidamente, mientras que los protones penetran  más profundamente en el detector. Los fotones no dejan trazas por si mismo pero en el calorímetro se convierten en pares electrón-positrón, cuyas energías pueden ser medidas.  La energía de los neutrones puede ser medida indirectamente a partir de la transferencia de la misma que hacen hacia protones. Los muones son las únicas partículas que alcanzan y son detectadas por las capas más externas del detector.

Cada parte del detector está conectado a un sistema de lectura electrónica a través de miles de  cables. En el instante en que un impulso es producido el sistema  registra el lugar y momento exactos enviando la información a la computación. Centenares de computadores trabajan conjuntamente para combinar esa información. En lo más alto de la jerarquia computacional se decide en una fracción de segundo que evento es interesante y cual no.  Hay diversos criterios para seleccionar los eventos potencialmente significativos, reducidose así la cantidad de eventos desde los 600 millons producidos a unos centenares que serán investigados en detalles. 

Los detectores del LHC fueron designados, construídos y llevados a cabo por colaboracióones internacionales procedentes de todas partes del mundo. Hay cuatro grandes experimentos  (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE) y tres pequeños (TOTEM, LHCf y MoeDAL). Fueron necesarios vente años para el diseño y construcción de los detectores y la duracion de los experimentos será del orden de 15 años. Esto es equivalente a la carrera total de un físico.


 


La construcción de estos detectores es el resultado de lo que podría ser llamado "inteligencia de grupo": mientras que todos los científicos participantes en un detector entienden en general las funciones del aparato,  ninguno conoce con precisión los detalles y la precisa función de todas las partes del detector. En tal colaboración, cada científico contribuye con su conocimiento en el experimento al éxito total.

Este texto ha sido tomado fundamentalmente de Landua R. (2008)"THE LHC: A LOOK INSIDE". Science in School Issue 10 : Winter 2008, pp 34-45.

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) por la Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics en el CERN, desde enero de 2013 a diciembre de 2015. Actualmente está en el Depto de Física de Partículas de la USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Fïsica y Química en el IES de SAR (Santiago - España), y Profesor Asociado en el Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentales de la Facultad de Educación de la Universidad de Santiago (España). Es licenciado en Física y en Química, y Doctor por la Universidad de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL


NOTA IMPORTANTE

Toda la Bibliografía que ha sido consultada para esta Sección está indicada en la Sección de Referencias


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO (ESPAÑA) | Plantilla basada en el diseño de la web del CERN

···