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experimento DELPHI

DELPHI ( Detector con Identificación de Leptones, Fotones y Hadrones ) fue uno de los cuatro detectores principales del Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) del CE...

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DELPHI ( Detector con Identificación de Leptones, Fotones y Hadrones ) fue uno de los cuatro detectores principales del Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) del CERN , uno de los aceleradores de partículas más grandes jamás construidos. Al igual que los otros tres detectores, registraba y analizaba el resultado de la colisión entre los haces de partículas del LEP. [ 1 ] [ 2 ] El enfoque específico de DELPHI era la identificación de partículas, la información tridimensional, la alta granularidad (detalle) y la determinación precisa del vértice. [ 3 ]

Trabajos de desmantelamiento del detector DELPHI de LEP, punto 8

Construcción

La construcción de DELPHI comenzó en 1983 y se completó en 1988, lista para que LEP comenzara a operar en 1989. [ 3 ] Después de que LEP terminó de operar en noviembre de 2000, la mayor parte de DELPHI comenzó a desmantelarse, y el desmantelamiento se completó en septiembre de 2001. [ 2 ] [ 4 ] La sección central se conservó y se trasladó a un espacio en desuso (ahora la ubicación del experimento LHCb) donde se preparó como una instalación de "museo". [ 5 ]

Configuración experimental

DELPHI tenía forma de cilindro de más de 10 metros de longitud y diámetro, y pesaba 3500 toneladas. Durante su funcionamiento, los electrones y positrones del acelerador viajaban a través de un tubo que atravesaba el centro del cilindro y colisionaban en el centro del detector. Los productos de la colisión se propagaban hacia el exterior del tubo y eran analizados por numerosos subdetectores diseñados para identificar la naturaleza y las trayectorias de las partículas producidas por la colisión. [ 6 ]

Subdetectores

Diagrama en sección transversal del experimento DELPHI.

En la parte cilíndrica del detector había cinco detectores de seguimiento: el detector de vértice (VD), el detector interno (ID), la cámara de proyección temporal (TPC), el detector externo (OD) y las cámaras de muones cilíndricas (MUB). [ 7 ]

El VD es un detector de silicio avanzado situado muy cerca del punto de colisión, y su propósito es proporcionar un seguimiento preciso. [ 8 ] Las partículas de corta duración se encuentran extrapolando las trayectorias hasta un punto de interacción . [ 6 ] En 1997 se completó una actualización del VD para que formara parte del detector de silicio. [ 9 ]

El ID, entre el VD y el TPC, proporciona datos de posición y disparo intermedios. [ 10 ] Las dos partes del detector son la cámara de deriva JET y las capas de disparo (TL), que producen puntos por traza y cobertura de ángulo polar . [ 7 ] El gas utilizado en la cámara JET es principalmente CO 2 , con una pequeña cantidad de isobutano , lo que permite que las señales causadas por las trazas de partículas entrantes lleguen al mismo tiempo. [ 6 ]

El TPC es el dispositivo de seguimiento principal para DELPHI, que también mide la pérdida de energía de las partículas (dE/dX). [ 11 ] El OD proporciona mediciones de dirección final después del detector Cherenkov de imágenes de anillo de barril . [ 6 ]

DELPHI puede utilizar la técnica de Cherenkov de imágenes de anillo para diferenciar las partículas cargadas secundarias producidas por colisiones. [ 12 ] Esto se logró utilizando dos radiadores RICH con diferentes índices de refracción para la identificación de partículas en diferentes rangos. El detector Barrel-RICH y el detector Forward-RICH eran dos detectores independientes que cubrían diferentes ángulos polares. [ 13 ]

Cámaras de seguimiento

También había cuatro cámaras de seguimiento diferentes en la parte delantera del detector: las cámaras delanteras A (FCA) y B (FCB), el rastreador muy delantero (VFT), las cámaras de muones delanteras (MUF) y las cámaras de muones circundantes (SMC). [ 6 ] [ 7 ] Las cámaras delanteras cubrían varios ángulos polares de la parte delantera del detector. Las cámaras de muones estaban más alejadas del punto de colisión, ya que los muones pueden pasar a través de los calorímetros . [ 6 ]

Calorímetros y contadores

Detector DELPHI en el CERN

El sistema de calorimetría electromagnética constaba de dos calorímetros frontales y dos calorímetros de ángulo pequeño. La cámara de proyección de alta densidad (HPC) era un calorímetro electromagnético cilíndrico montado en el interior del solenoide fuera del OD. [ 14 ] El calorímetro electromagnético frontal (FEMC) constaba de dos discos de 5 m de diámetro, hechos de vidrio de plomo . [ 15 ] Se instalaron centelleadores adicionales para asegurar que los fotones de alta energía no escaparan. [ 6 ]

El calorímetro hadrónico (HCAL) permite realizar mediciones calorimétricas de la energía de los hadrones. Es un detector de gas de muestreo que se incorpora al yugo del imán y cubre una determinada región de ángulo polar. [ 16 ]

La luminosidad se mide utilizando el calorímetro de baldosas de ángulo pequeño (STIC) y el etiquetador de ángulo muy pequeño (VSAT). Para medir la luminosidad, se debe contar el número de eventos de un proceso conocido, que en el experimento DELPHI se eligió como la dispersión de Bhabha en ángulos pequeños. El STIC es un calorímetro de centelleo de plomo que consta de dos detectores cilíndricos a cada lado de la región de interacción, que cubre una amplia región angular. [ 17 ] El VSAT consta de cuatro módulos de calorímetro y detecta electrones y positrones producidos en la dispersión de Bhabha. [ 18 ]

Sistema de activación

El propósito del sistema de activación de DELPHI es seleccionar todos los eventos de las interacciones electrón-positrón originales. El sistema de activación tiene cuatro niveles de selectividad creciente (T1, T2, T3, T4), utilizando las contribuciones de datos de cada subdetector para informar la decisión de activación de los dos primeros niveles. Los dos últimos niveles son filtros de software. [ 19 ]

Resultados

DELPHI: Primeras partículas W

Los datos producidos por DELPHI permitieron el e +e −→ W +W − reacción que se estudiará por primera vez. Esto se logró teniendo energías del centro de masa por encima del umbral de producción de pares WW . A partir de los datos, la masa del bosón W se determinó como 80,40 ± 0,45 GeV/c² que luego se combinó con los resultados de otras colaboraciones LEP para producir un resultado final compatible con otros experimentos. [ 20 ]

El bosón de Higgs también fue un tema de gran interés para el experimento DELPHI, ya que los bosones de Higgs se producen en e +e −colisiones. La sección eficaz de esta interacción depende en gran medida de la masa del bosón de Higgs, por lo que puede calcularse a partir de mediciones. La masa del bosón de Higgs no pudo determinarse utilizando DELPHI, por lo que solo se pudo proporcionar un límite de exclusión de masa. [ 21 ]

Además, durante las sesiones de toma de datos del LEP1 entre 1989 y 1995, se investigaron las desintegraciones hadrónicas y leptónicas del bosón Z a 91 GeV y se obtuvieron las anchuras de las diferentes ramas. Los resultados coincidieron satisfactoriamente con las predicciones y expectativas del modelo estándar . [ 22 ] Posteriormente, en 1995, el experimento operó a energías intermedias de 130 y 136 GeV, donde, junto con otros experimentos del LEP, los resultados obtenidos coincidieron con las predicciones del modelo. [ 23 ]

Referencias

  1. ↑ Conjuntos de detectores archivados el 25/11/2007 en Wayback Machine , Big Bang Science , folleto, Consejo de Investigación de Física de Partículas y Astronomía. Consultado en línea el 30 de noviembre de 2007.
  2. 1 2 Detector con identificación de leptones, fotones y hadrones DELPHI: descripción a nivel de subfondo Archivado el 30 de mayo de 2008 en Wayback Machine , Archivo del CERN . Consultado en línea el 30 de noviembre de 2007.
  3. 1 2 "El colisionador LEP del CERN y el detector DELPHI" . delphi-www.web.cern.ch . Consultado el 8 de agosto de 2023 .
  4. ↑ El colisionador europeo recibe un breve respiro , BBC News , 14 de septiembre de 2000. Consultado en línea el 30 de noviembre de 2007.
  5. ↑ "Visitando DELPHI" . delphi-expo.web.cern.ch . Consultado el 21 de agosto de 2023 .
  6. 1 2 3 4 5 6 7 El detector DELPHI en el colisionador LEP del CERN , CERN. Consultado en línea el 30 de noviembre de 2007.
  7. 1 2 3 Abreu, P.; Adán, W.; Adye, T.; Agasi, E.; Ajinenko, I.; Aleksan, R.; Alekseev, GD; Alemany, R.; Allport, PP; Almehed, S.; Alvsvaag, SJ; Amaldi, U.; Amato, S.; Andreazza, A.; Andrieux, ML (11 de agosto de 1996). «Rendimiento del detector DELPHI» . Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección A: aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 378 (1): 57– 100. Código bibliográfico : 1996NIMPA.378...57A . doi : 10.1016/0168-9002(96)00463-9 . hdl : 10550/33900 . ISSN 0168-9002 . S2CID 55852429 .  
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  • Sitio web oficial
  • Registro del experimento DELPHI en INSPIRE-HEP