lunes, 4 de agosto de 2008

El gran colisionador de hadrones (LHC) V: CMS

Continuando con los experimentos que tienen lugar en el gran colisionador de hadrones, en esta ocasión me centrare en el CMS del cual se tratará a lo largo de esta entrada.

CMS
Compact Muon Solenoid (Solenoide compacto de muones)

Con un diseño cilindrico, tiene 21 metros de longitud, 15 metros de ancho y 15 metros de altura y un peso de 12 500 toneladas.

Los objetivos principales del CMS son el estudio de la física a escalas de teraelectronvoltio, descubrir el bosón de Higgs, pruebas de supersímetría y dimensiones extras además del análisis de colisiones de iones pesados.

En el CMS destaca su tamaño compacto pese a sus grandes dimensiones, que fue optimizado para el seguimiento de muones y que tiene un poderoso imán solenoide.

Su diseño tiene como propósito general el detectar las colisiones de los haces de partículas cuando se produzcan 14 Tev (teraelectronvoltio). Incorpora subsistemas diseñados para medir la energía y el impulso de fotones, muones y otros productos de las colisiones.

Corte transversal del CMS donde se aprecian las distintas capas o niveles del detector. Propiedad del CERN. Clic para ver en mayor tamaño aunque también existe una animación en flash interactiva.


La capa más interna del detector CMS es donde se producen las colisiones de protones.

En el nivel uno esta el detector de segmentaciones (tracker), con sensores de silicio que permite medir el impulso de las partículas cargadas eléctricamente y usando las mediciones identificar el momento.

Otra de las funciones del tracker esta reconstruir los vértices de decadencia de partículas. La posición de los vértices es determinada por la duración de la descomposición de las partículas. Al reconstruir los vértices se prevé que se identifique el bosón de Higgs y se contribuya al estudio de quarks.

Los sensores de silicio emplean dos tecnologías por una parte esta los píxeles de silicio y por otra cadenas de silicio (microstrips). El tracker es el más grande detector de silicio en el mundo al tener 205 m2 de silicio que comprende 9,3 millones de cadenas y 66 millones de píxeles de silicio.

El nivel dos lo conforma el calorímetro electromagnético, integrado por 80,000 cristales escintiladores (el escintilador convierte la radiación en luz visible) de tungstato de plomo (PbWO4), se utiliza para medir con precisión las energías de protones y electrones. Dado que los protones y electrones interactuan electromagnéticamente, es difícil apreciarlos y es donde tiene su importancia el calorímetro al detectar la radiación producida.

El nivel tres lo conforma el calorímetro hadrónico, formado por capas de material denso (tanto bronce como acero) con capas de escintiladores de plaśticos o fibras de cuarzo, que desempeña un papel esencial en la identificación de quarks, gluones y neutrinos así como la búsqueda de partículas supersimetricas.

Como todo detector de partículas, contiene el sistema de imán que esta en el nivel cuatro, que consta de un electroimán, imán yugo, un tanque de vacío y componentes auxiliares como criogenia, fuentes de alimentación y controles de proceso. Produce un campo magnético de 4 Tesla y es el imán superconductor más grande en el mundo, si se liberará la energía contenida en él sería capaz de fundir 18 toneladas de oro.

La función del este sistema radica en determinar la relación masa/carga de las partículas que atraviesen partiendo del análisis de la curva que se recorre en el campo magnético.

Los detectores de muones integran el nivel cinco, donde se encuentran tres tipos de detectores de muones: tubos de deriva (drift tubes DT), cámara de tiras catódicas (cathode strip chamber CSC) y cámaras de tiras resistivas (resistive plate chambers RPC). Tanto los detectores DT y CSC se utilizan para obtener mediciones precisas de la posición y poder así determinar el impulso de los muones en tanto el RPC esta diseñado para proporcionar rápidamente información para el nivel uno.

Como se había dicho previamente en el centro del CMS se producirán colisiones, dado que por una parte la probabilidad de choque entre los protones es muy reducida y por otra no todas las colisiones que se produzcan serán "productivas" para posteriores estudios.

Diseño del solenoide compacto de muones. Propiedad de CERN. Clic para ampliar.


Con información de CERN | LHCCountdown | LHC | CMS

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