Vista en corte del Solenoide Compacto de Muones (CMS) en el LHC. Crédito: CERN, LHC.Cada vez que se produzcan las primeras colisiones a 7 TeV, los físicos de partículas de los experimentos mostrarán con orgullo instantáneas de las primeras colisiones en sus detectores. Estas instantáneas, conocidas como display de eventos, mostrarán la información registrada por los extremadamente complejos detectores. El siguiente texto puede ayudar a comprender mejor la información que los físicos leerán en las pantallas.
¿Qué es un display de eventos?
Los experimentos realizados en un acelerador como el LHC, utilizan el display de eventos de colisión para determinar las trayectorias de las partículas producidas en una colisión. A continuación se muestra en detalle un display de eventos del experimento Solenoide Compacto de Muones (CMS) en el LHC. La muestra de eventos es muy útil para visualizar los procesos físicos específicos y para comprobar que el detector y el software están funcionando correctamente.
Mirando el título y el texto de esta imagen, podemos ver que este acontecimiento tuvo lugar el 14 de diciembre de 2009 a las 4:46 am, hora central europea. Este fue el caso RD 5.686.693 para ser registrado en la carrera 124120. Una carrera es un período de operación continua en una parte determinada del detector.La cuarta línea dice que el nivel de energía de la colisión fue 2,36 TeV. Este evento es significativo, ya que produjo dos muones, haciendo de este un posible evento dimuón. El camino de los muones puede ser reconstruido muy claramente en el detector CMS, y se puede producir en múltiples tipos de procesos de colisión.
Los dos caminos de muones vistos en el detector podrían ser el resultado de una sola partícula pesada, tal como J/PSI, decayendo, o de dos partículas separadas, cada una decayendo en un muón. Los caminos también pueden ser causados por partículas que no son muones, pero parecen idénticas a los muones en el detector. Por estas razones, es imposible definir lo que es un evento único con una certeza total. En su lugar, un extenso análisis de múltiples eventos físicos puede dar la probabilidad de un acontecimiento dado de lo que podría ser. Por ello, el evento se conoce como un "candidato".
Pantallas divididas
El display se divide en diferentes pantallas, que dan diferentes puntos de vista de la fracción de segundo cuando se produjo la colisión y de las partículas producidas viajando a través del detector. En este display hay tres pantallas:
Vista A: En esta pantalla, etiquetada Rho Phi, tenemos una vista del ojo del haz, mirando fijamente al punto de colisión central (1). El haz de partículas se ejecuta directamente a través de ese punto central.
Vista B: En este punto de vista, etiquetado Rho Z, la línea del haz (2) se extiende horizontalmente a través del centro de la pantalla y podemos ver las tres regiones principales del detector CMS.
Vista C: Esta vista en perspectiva de tres dimensiones permite a los físicos girar el display de eventos de colisión en torno a un eje. Aquí, la línea del haz está en una diagonal, que va desde la parte superior izquierda a la parte inferior derecha de la pantalla.
Estas pantallas trazan los caminos de las partículas desde el punto de colisión a través del detector. El detector registra cuando y donde hace contacto con una partícula, de modo que las computadoras pueden reconstruir la trayectoria de la partícula después de la colisión de protones. Basados en su destino final y en los movimientos, los físicos pueden determinar qué tipos de partículas se producen en una colisión.
Colisión y componentes del detector
En los alrededores del punto de colisión central, el detector tiene tres componentes principales que registran la información sobre el viaje de las partículas.
1: punto de colisión
El punto de colisión, lo que los físicos de partículas llaman el punto de interacción, es donde chocan los protones. Puede orientarse al mirar cada pantalla al detectar el punto de colisión e imaginando por donde la línea del haz pasaría.
2: línea de luz
La línea de luz es el camino que los protones viajan en direcciones opuestas y en la colisión. En la pantalla B, las flechas representan el movimiento de protones a lo largo de la línea del haz y hacia el centro del detector de colisión.
3: seguidor de silicio
La parte más interna del detector es el rastreador o seguidor de silicio, esbozado por una delgada línea verde en la pantalla A y en la pantalla B, y dentro de la malla cilíndrica en la vista 3D.
El seguidor, que incluye los detectores de franjas de silicio y píxeles, reconstruye el movimiento de las partículas punto por punto. Estas muestras aparecen representadas por puntos amarillos (también se puede mirar en el dispay de eventos imágenes del seguidor aumentadas). Cuando conectamos los puntos podemos ver las huellas de las partículas, representadas aquí por las líneas roja y verde, siguiendo la trayectoria de una partícula.
El rastreador detecta partículas cargadas, de modo que las pistas que usted ve en esta sección provienen sólo de partículas con carga, es decir, los muones, electrones y hadrones.
Debido al campo magnético en el que el detector interior reside, estas huellas de las partículas son curvas. Del grado de curvatura, los físicos aprenden acerca de la cantidad de movimiento de la partícula. Los físicos pueden discernir si la carga de una partícula es positiva o negativa por su dirección y el sentido horario o antihorario de la curva.
El campo magnético puede doblar la trayectoria de las partículas en algunas pero no en todas las direcciones. Esta es una razón por la que ver el evento desde múltiples ángulos es importante. En la pantalla A, podemos ver claramente las pistas curvas, pero en la pantalla B no son visibles. El programa utilizado para crear esta pantalla puede girar el ángulo y el eje de una imagen 3D en la vista C. Si lo hace, le da a los físicos una mejor idea de cómo las partículas viajan en el espacio.
4: calorímetros
Los siguientes componentes principales del detector son los calorímetros electromagnéticos y hadrónicos, denominados por los físicos como ECal y HCal, respectivamente. Cuando las partículas golpean en uno o en ambos, dejan un depósito de energía. Estos depósitos están representados por las barras (rojo para ECAL y azul para HCal) en las afueras del rastreador. La altura de la barra corresponde a la cantidad de energía depositada.
Las partículas que se detienen en el ECal son generalmente electrones o fotones. Los dos se distinguen por el hecho de que los electrones están cargados y dejan huellas en el rasreador, mientras que los fotones son neutros y, en general, no aparecen en el seguidor.
Los hadrones pasan a través del ECal, pero se detienen en el HCal. Los hadrones cargados dejan huellas en el seguidor de hadrones, mientras que los hadrones neutros no lo hacen.
También es posible que el seguidor o los calorímetros registren señales que no se pueden reconstruir como trayectorias de las partículas o las energías. Otros análisis pueden ayudar a los científicos a decidir si estas señales provienen de partículas u otros procesos en el detector.
Hay otra partícula que a veces depósita energía en uno o ambos calorímetros. Esta partícula es el muón.
5: las cámaras de muones
El tercero y más periférico de los componentes del detector son las cámaras de muones del sistema de muones, llamado así porque están diseñadas para estudiar esas partículas. Un muón puede pasar a través del rastreador, los calorímetros, y el imán solenoide (no visible en las pantallas, pero se extiende más allá de los calorímetros) para llegar a las cámaras de muones.
Las cámaras de muones son visibles en la pantalla B, como bloques rojo y azul y las cámaras a través del cual un muón ha pasado se han resaltado. En la pantalla C, sólo las cámaras a través de las cuales ha pasado un muón son visibles.
6: Los muones
Esta pantalla muestra un evento o acontecimiento dimuón o la producción de dos muones en un choque. Los caminos de los muones se muestran por las delgadas líneas rojas de cada pantalla. Las señales de muones de la izquierda que fueron reconstruidas en las pistas en el seguidor de silicio, depositaron un poco de energía en los calorímetros, y pasaron a través de las cámaras de muones.
Para un buen resumen de las partes del detector CMS y las partículas que pasan a través de ellos, conviene ver el detector CMS en corte.
Fuente:
MS event display — decoded! (por Daisy Yuhas, para Symmetry Breaking)
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