Detectores de Partículas: Tiago dos Anjos

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1 Detectores de Partículas: Uma Introdução ao CMS Tiago dos Anjos

2 Sumário Aceleradores Circulares LHC O Detector CMS - Sistema de Trajetórias - Sistema de Múons - Calorímetro Eletromagnético - Calorímetro Hadrônico 2

3 Calorimetros Interação da matéria com radiação. Sinal proporcional a energia da radiação. Processo destrutivo : Colocados depois do Tracker. - Homogêneos (um só tipo de material) - De Amostragem (material denso + sistema cintilador). 3

4 Calorímetros do CMS ECAL - Medir a energia de elétrons e fótons. - Ótima definição de energia. - Construído para detectar o canal - Cascatas : e ± e ± H γ γ +γ γ + e e HCAL - Medir a energia e direção dos jatos. - Informações sobre partículas neutras : n 0 e π - Energia faltante (Novas partículas). -Ajuda a medir e,µ, γ 4

5 ECAL Homogêneo: Cristais de tungstênio de chumbo ( PbWO4) no Barril ( η <1.479) e nas tampas 1.479<η < 3.0 ( ) Barril: 36 super-modulos, 1700 cristais cada pesando 3 toneladas. Endcaps:módulos de 25 cristais. Preshower em frente ao endcaps, permitem a distinção entre fótons de alta e de baixa energia. 5

6 EB Raio interno de 129 cm 36 super módulos Cristais formando 3º de inclinação em relação ao ponto de interação. Cristais de seção reta de 26x26 mm² e comprimento de 230 mm o que equivale a 25.8 χo. 6

7 EB dentro do HCAL 7

8 Pré-chuveiros Problema: tanto Higgs quanto píon neutro decaem em fótons. Preshower: Localizado na frente das tampas para impedir sinais falsos. Granularidade muito mais fina que do ECAL: tiras de 2 mm, identifica cada um dos fótons produzidos. Duas placas de chumbo seguidas por sensores de silício de 6,3 x 6,3 x 0,3 cm²xmm dividido em 32 faixas dão a trajetória.. Extrapolação da trajetória + sinal do ECAL : tira dúvidas. Sistemas de aquecimento e refrigeração. 8

9 EE Localizada a 314 cm do PI. 2 Semi-discos com estruturas de 25 cristais. 138 super cristais padrão e 18 paciais por semi-disco seção reta de 28.6x 28.6 mm² por 220 mm de comprimento(24,7 χo). 9

10 O Cristal densidade = 8.3g/cm³ (mais pesado que aço), transparente e cintilante. 1,5 kg cada, 22x22x230 mm³ (volume de uma xícara pequena de café). levam de dois a três dias para crescer. Pequeno comprimento de interação (χo = 0.89cm), rápido cintilador (80% da luz em 25 ns). 10

11 Cristal fusão 1165 º C de óxido de tungstênio, chumbo e de pequenas quantidades de óxido de materiais dopados (semente). Semente é tirada lentamente da mistura - estrutura cristalina. Em 2 ou 3 dias tem-se o cristal bruto. corte, polimento, testes e cola. Grupos de cristais lado a lado em fibra de vidro ou de carbono: Móludos bolsas para formar maiores estruturas super-modulos. Produção: Oriente, Rússia, e China. 11

12 Módulos e Super Módulos do EB 12

13 Foto-detector atrás de cada cristal, converte a cintilação em um sinal elétrico que é amplificado e enviado para análise. feitos de silício semicondutor, funciona semelhante aos módulos do Tracker. Fototriodos (VPTs) nos endcaps (alta radiação). Contém três eletrodos dentro de um vácuo. Fotodíodo silício (APD) no barril. 13

14 HCAL Hermético com grande cobertura angular ( η<5) Calorímetro de amostragem:cobre (50 mm) e material cintilante (4 mm). Barril (HB) : 2 semi-barris com 18 cunhas. Camadas de liga aço e latão (55mm) alternada com cintilador plástico (3.7mm) Endcap (HE): 19 placas de latão (78 mm) e cintilador plático(3,7mm) Barril Externo (HO): Externo ao Solenóide. 5 anéis de 2,54m de largura com 12 setores cada. Barril Frontal: 900 torres cobrindo ( 3 <η<5).fibras de ferro (1,65 m) com fibras quartzo (0,6 mm). 14

15 Hadrons Hádron partícula composta de quarks ligados por interações fortes. Podem ser Mesons (quarks e antiquarks) ou Bárions (3 quarks de cores distintas). Número bariônico: bárions B=1 mésons têm B=0. Ressonâncias : estado excitado. Quebra : quarks e glúons interagem fracamente (liberdade assintótica), em colisões da ondem de TeV. 15

16 HB 16

17 HE 17

18 HF 18

19 HO 19

20 Referências Peralta L., Simulação de um Calorímetro,LIP. Site público do CMS: Pereira A.V, dissertação de mestrado, Estudo de produção difrativa de top- anti-top no CMS/LHC, UERJ. Amaral S.M.S, dissertação de mestrado,dupla Difração no LHC/CMS,UERJ SPRACE, slides de curso de inverno, Aceleradores e Detectores. Tomei. T, slides. O Experimento do CMS Jun Takahashi, slides da VI Escola do CBPF, Instrumentação para a Física de Partículas e Altas Energias, IFGW-UNICAMP. The CMS Collaboration, The muon system, CERN/LHCC

21 OBRIGADO!!! 21

22 Extra: Juntando as peças 22

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