El IFIC reúne en Valencia a especialistas en la construcción de detectores de partículas de todo el mundo

Vie, 22/06/2018 - 09:32

El Instituto de Física Corpuscular (IFIC), Centro de Excelencia Severo Ochoa del CSIC y la Universitat de València, reúne del 25 al 27 de junio a un centenar de expertos en la fabricación de detectores de trazas de partículas. Estos detectores son el ‘corazón’ de los grandes experimentos de la Física actual como el detector ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. En el congreso de Valencia se presentan los avances que se realizan en centros de investigación de todo el mundo en la implementación de estos instrumentos para afrontar retos como el futuro LHC de Alta Luminosidad, que comenzará a operar en 2026 incrementando notablemente la capacidad actual del LHC.

El Forum on Traking Detector Mechanics (Foro sobre Mecánica de Detectores de Trazas) se celebra en la Fundación Bancaja con una participación heterogénea de ingenieros y físicos especializados en los aspectos termomecánicos de los detectores de trazas. Estos son el ‘corazón’ de los experimentos en física de partículas, la parte más cercana a las colisiones que se producen en aceleradores como el LHC y que los físicos utilizan para estudiar de qué está hecha la materia que forma el Universo. En un experimento como ATLAS, de 25 metros de alto, 45 de largo y unas 7.000 toneladas de peso, el detector de trazas es un complejo sistema de 2 metros de alto y 6 de largo formado por detectores de silicio, electrónica de lectura y sistemas de refrigeración ensamblados con gran precisión.

Estos detectores son enormes cámaras de fotos capaces de tomar miles de imágenes por segundo de las colisiones que se producen en el LHC con el objetivo de medir la trayectoria de las partículas cargadas que se producen. Otros detectores situados alrededor miden otras características de las partículas (su energía, por ejemplo) para obtener así la imagen final que revela lo sucedido en cada colisión. De esta manera se halló el bosón de Higgs, la partícula responsable de la masa en el Universo, en los experimentos ATLAS y CMS en 2012. El IFIC participa en el diseño, operación y análisis de los datos del experimento ATLAS.

“En los últimos años estos detectores han crecido mucho en tamaño y, sobre todo, en las prestaciones que se les exigen”, asegura Carlos Lacasta, investigador del IFIC en el grupo de ATLAS y uno de los organizadores del foro. Por ejemplo, el detector de trazas que operará en el experimento ATLAS durante el LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC), que multiplicará por 10 el número de colisiones actuales a partir de 2026, será capaz de hacer una foto de las trayectorias de las cerca de 1.000 partículas cargadas que se producen en las colisiones cada 25 nanosegundos con una precisión de unas 20 micras, menor que el grosor de un cabello humano

“Para hacer buenas fotografías de las colisiones, los detectores tienen que estar estables y no moverse”, explica Miguel Ángel Villarejo, técnico del IFIC en el grupo de ATLAS. Para ello necesitan que las estructuras que los sostienen sean lo más rígidas posibles, puedan posicionar los sensores de manera estable y precisa (del orden de centésimas de milímetro), se deformen lo mínimo bajo efectos térmicos, tengan el mínimo material para no interaccionar con las partículas y resistan condiciones extremas sin que se degraden sus propiedades.

Nuevos materiales

En el congreso se expone el estado de la investigación en nuevos materiales de muy baja densidad para construir detectores que den estabilidad mecánica a la estructura, mecanismos de alineamiento de los detectores dentro de la estructura, etcétera. El grueso del programa trata de estos avances para los principales experimentos del LHC como ATLAS, CMS y LHCb, donde el IFIC también contribuye a la operación del experimento y su mejora próxima.

Además, los sensores consumen mucha energía, por lo que necesitan refrigerarse. En el foro de Valencia se discuten nuevos sistemas de refrigeración ‘encastrados’ en la estructura de ensamblaje y en los propios detectores. En este sentido, la refrigeración por CO2 en modo bifase se presenta como alternativa ‘verde’ al sistema utilizado actualmente en el CERN, que emplea gases con mayor efecto invernadero como el hidrofluorocarbono R-134ª. El IFIC trabaja en este campo para actualizar el detector de trazas de ATLAS para el LHC de Alta Luminosidad.

En el foro se exponen también aplicaciones de estos detectores fuera de la investigación básica de los constituyentes de la materia. En Valencia se presenta un nuevo calorímetro digital de trazas que mejoraría las medidas de la radiación que absorben los tejidos en protonterapia, una novedosa técnica para tratar el cáncer que utiliza protones en lugar de fotones para irradiar los tumores. Este método permite depositar la energía de las partículas solo en los tejidos afectados sin dañar los sanos, pero requiere gran precisión en las medidas que indican hasta dónde incide la radiación. Este nuevo sistema basado en los detectores de trazas de los experimentos en física de partículas podría mejorar estas medidas.

Más información:

https://indico.cern.ch/event/695767/

https://atlas.cern/discover/detector/inner-detector

http://hilumilhc.web.cern.ch/

https://webific.ific.uv.es/web/content/llevando-al-lhc-una-mayor-luminos...

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Ensamblaje del detector de trazas del experimento ATLAS. Foto: ATLAS Collaboration.