CALICE

La colaboración CALICE ( Calorimeter for Li near Collider Experiment )es un grupo de I+D de más de 280 físicos e ingenieros de todo el mundo, que trabajan juntos para desarrollar nuevos detectores de alto rendimiento para positrones - electrones de alta energía (${\displaystyle e^{+}e^{-}}$) experimentos en el futuro Colisionador Lineal Internacional (ILC). Forma parte del proyecto europeo EUDET.

Los requisitos físicos de una futura escala de TeV${\displaystyle e^{+}e^{-}}$Máquinas como el ILC requieren calorimetría de altísimo rendimiento. Esto se logra mejor utilizando un sistema finamente segmentado que permite reconstruir eventos mediante el llamado "enfoque de flujo de partículas" (PFA). ^{[ 1 ]}

Los sistemas de calorimetría para experimentos de física de altas energías suelen constar de tres subsistemas principales: un calorímetro electromagnético (ECAL) para detectar cascadas electromagnéticas producidas por electrones (o positrones) y fotones, un calorímetro hadrónico (HCAL) para medir cascadas inducidas por hadrones y un detector de muones (o el llamado captador de cola) para identificar partículas altamente penetrantes como los muones .

CALICE ha desarrollado prototipos de los tres subsistemas calorimétricos principales de un futuro detector: un ECAL seguido de un HCAL y un captador de cola/rastreador de muones (TCMT), y está evaluando el rendimiento de soluciones tecnológicas alternativas dentro de este sistema combinado.

La colaboración estudia el rendimiento de dichos calorímetros dentro de un programa extenso y detallado para un ECAL y varias opciones de calorímetros analógicos y digitales de alta granularidad con capas sensibles de gas o centelleador plástico . El subgrupo Tileha construido un calorímetro hadrónico de muestreo tipo sándwich de acero/centelleador de un metro cúbico llamado prototipo físico para series de estudio en varios haces de partículas de prueba .

Se logra una alta granularidad mediante 38 capas de baldosas centelleadoras. Cada capa es una placa de acero de 2 cm de espesor y 90 × 90 ^cm²  seguida de una placa centelleadora de 0,5 cm que consta de más de 200 baldosas centelleadoras.

El mosaico de capas HCAL presenta cien baldosas de 3 × 3 ^cm²  en el centro, rodeadas por una gran área cubierta con baldosas de 6 × 6 ^cm² y , finalmente, encerrada por una franja de baldosas de 12 × 12 ^cm² . Estas casi 8000 baldosas en total se leen individualmente mediante fibras de desplazamiento de longitud de onda que iluminan pequeños fotomultiplicadores de silicio montados en cada baldosa e insensibles a campos magnéticos intensos.  

La parte experimental más importante de este proyecto está ahora en marcha: un programa de haz de prueba combinado que implica la exposición del sistema de calorímetro prototipo combinado a haces de partículas reales de diferentes aceleradores y el posterior análisis de datos. En los estudios de haz de prueba, el Tile-HCAL con un espesor efectivo de 4,5 longitudes de interacción nuclear (${\displaystyle \lambda }$) está encabezado por un calorímetro electromagnético (silicio-tungsteno) cerca de 1-${\displaystyle \lambda }$de espesor y seguido de un 5-${\displaystyle \lambda }$Captador de cola gruesa para medir la fuga de la cascada hadrónica.

El calorímetro de muestreo se calibró para obtener su señal en función de la energía de la partícula incidente, utilizando haces de prueba de diferentes tipos de partículas incidentes con energías conocidas en el rango de 4 GeV a 120 GeV. Se tuvieron en cuenta las correcciones para la no linealidad del calorímetro y la influencia de la temperatura externa. Para haces de prueba con una energía de 50 GeV, la precisión de la reconstrucción de la energía de la partícula incidente se estimó en aproximadamente un 4 %.

Dado un número desconocido de partículas incidentes, es posible reconstruir sus energías utilizando la imagen de las cascadas de partículas obtenida del calorímetro. Dicha imagen debe ser analizada por un programa PFA ^{[ 2 ]} . Además, se han desarrollado nuevos algoritmos de análisis profundo (DA) ^{[ 3 ]} para separar diferentes tipos de partículas secundarias dentro de las cascadas con el fin de mejorar la reconstrucción de la energía.

La granularidad sin precedentes del prototipo de calorímetro CALICE ofrece la oportunidad de probar el concepto de flujo de partículas. Actualmente se está trabajando en la verificación de la calidad de salida de los programas PFA. Gracias a la gran cantidad de datos del haz de prueba, es posible utilizar eventos reales en lugar de simulados como información de entrada para dichos programas. Dado que en los haces de prueba todas las partículas se encuentran prácticamente en la misma posición de coordenadas, se crean eventos artificiales que consisten en varias partículas incidentes separadas por cierta distancia para comprobar si el programa PFA puede reconstruir correctamente las partículas incidentes.

• Publicaciones científicas de la colaboración CALICE INSPIRE-HEP