Descubriendo el CERN 2/3

Detectores 2ª parte

Calorímetros

Fuera de los detectores de trazas están los calorímetros para detectar la energía de las partículas.

Cuando una partícula entra en un calorímetro colisiona con el material denso del mismo. La colisión da lugar a un chorro de partículas secundarias y la energía de la partícula original es absorbida en el calorímetro. A causa de ello, los calorímetros se localizan externamente a los detectores de trazas de modo que la trayectoria de la partícula haya sido registrada ya antes de ser absorbida por el calorímetro.

Normalmente, los muones y los neutrinos son las únicas partículas que pasan a través de los calorímetros y continúan hasta los detectores de muones.

Calorímetros electromagnéticos.

Los calorímetros electromagnéticos (calorímetros EM) son los más cercanos a las cámaras de trazas. Los calorímetros EM miden la energía de electrones, positrones y fotones.

Un calorímetro electromagnético consiste usualmente de capas de plomo interpuestas con volúmenes de gas que actúan como detectores de trazas. Cuando un electrón, positrón o fotón entran en el plomo, pequeños chorros de partículas secundarias son creados. Estos chorros son detectados en los volúmenes de gas. Como sugiere la palabra "electromagnético", es la interacción electromagnética la responsable de la creación de las partículas secundarias.

La energía de la partícula entrante puede calcularse midiendo la cantidad de ionización en el gas.

Calorímetros hadrónicos.

Los calorímetros hadrónicos se colocan externamente a los electromagnéticos. Un calorímetro hadrónico mide la energía de los hadrones, partículas compuestas de quarks.

Un calorímetro hadrónico se construye del mismo modo que uno electromagnético, pero a menudo se utiliza hierro en lugar de plomo.

Los hadrones pasan a través de los calorímetros EM relativamente inafectados de modo que su energía puede medirse en los calorímetros hadrónicos. La energía se registra de modo similar a la de los calorímetros electromagnéticos, pero aquí es la interacción fuerte la que crea las partículas secundarias. Otra diferencia es que los hadrones atraviesan más material antes de ser absorbidos en el calorímetro. Por lo tanto los calorímetros hadrónicos son más gruesos que los calorímetros EM.

Detectores de muones.

El muón, en comparación con el electrón , es un leptón cargado negativamente, más pesado (106 MeV) (es una partícula de materia). Es inestable y decae en otras partículas. Su vida media es de 2.2 µs.


Diferentes partículas tienen diferentes capacidades de penetrar la materia, y el muón tiene un gran poder de penetración. Solo muones ( y neutrinos) tienen habilidad para penetrar primero los detectores de trazas y luego los calorímetros. Los detectores de muones se localizan, por ello, en la parte más externa de los detectores..

Como con los calorímetros hadrónicos, los detectores de muones consisten de capas de hierro intercaladas con cámaras de trazas. Los muones interactúan con el hierro del detector y dan lugar a partículas secundarias, que son detectadas en las cámaras de trazas. Los detectores de muones registran las partículas cargadas que pasan a través de los calorímetros hadrónicos sin crear chorros de partículas.

¿Cómo detectar los neutrinos?

Los neutrinos pasan sin ser detectados a través de las cámaras de muones, pues solo interactúan débilmente mediante la interacción débil. Por lo tanto, un neutrino interactúa raramente con sus alrededores.

Los neutrinos son las únicas partículas que no pueden ser detectadas normalmente en un detector de partículas. A pesar de ello, es posible deducir de modo indirecto que han sido creados en una colisión de partículas. En colisiones con neutrinos, se detectará menos energía y momento del esperado de la energía centro de masas.

DELPHI

El detector DELPHI fue uno de los cuatro grandes detectores en el acelerador LEP. DELPHI fue construido e instalado en 1989, a la vez que el propio LEP. En Diciembre de 2000 la toma de datos en DELPHI paró para dejar sitio a la construcción del acelerador LHC en el túnel de LEP.
El detector consiste en tres partes, una central cilíndrica y dos tapas. La longitud y diámetro eran de aproximadamente 10 metros y el peso total de 3500 toneladas.

Las componentes más importantes de DELPHI eran aproximadamente 20 subdetectores de los diferentes tipos discutidos en páginas previas. Un gran imán superconductor, crucial para el detector, estaba localizado entre los calorímetros electromagnético y hadrónico. El campo magnético de este imán curva las partículas cargadas a fin de medir su momento y carga.

ATLAS

El nuevo acelerador LHC tendrá dos grandes detectores del mismo tipo que DELPHI en LEP ( + dos detectores especializados). Sus nombres son ATLAS y CMS.
La construcción del detector ATLAS es similar a la del detector DELPHI, pero ATLAS es mucho mayor. Cuando esté completado y ensamblado tendrá 22 metros de alto y 44 metros de largo.