El experimento NA58 , o COMPASS (que significa " Aparato común de muones y protones para estructura y espectroscopia ") es un experimento con un objetivo fijo de 60 metros de largo en la línea de haz M2 del SPS en el CERN . La sala experimental está situada en la zona norte del CERN, cerca del pueblo francés de Prévessin-Moëns. El experimento consiste en un espectrómetro de dos etapas con numerosos detectores de seguimiento, identificación de partículas y calorimetría. Los resultados de la física se extraen registrando y analizando los estados finales de los procesos de dispersión.
La configuración versátil, el uso de diferentes objetivos y haces de partículas permiten la investigación de diversos procesos. Los principales objetivos de la física son la investigación de la estructura de espín de los nucleones y la espectroscopia de hadrones . La colaboración está formada por 220 físicos de 13 países diferentes y en ella participan 28 universidades e institutos de investigación.
El experimento COMPASS fue propuesto en 1996 y aprobado por el comité de investigación del CERN. Entre 1999 y 2001 se montó el experimento y finalmente en 2001 se realizó la primera puesta en marcha. Hasta el inicio de los experimentos del LHC , COMPASS era el experimento de toma de datos más grande del CERN. También es pionero en la adopción de nuevas tecnologías de detección y lectura, como MicroMegas , detectores GEM y, más recientemente, detección de fotones THGEM. La toma de datos se divide en las fases COMPASS I y II.
BRÚJULA I (2002-2011)
BRÚJULA II (2012-2021)
El experimento consta de tres partes principales: el telescopio de haz, la zona objetivo y el espectrómetro de dos etapas.
La línea de haz M2 es capaz de transportar varios haces de partículas secundarias y terciarias , todos ellos originados en el Super Sincrotrón de Protones. El haz de protones primario (400 GeV/c y hasta 1,5E13 protones por superciclo) se dirige hacia un objetivo de producción de berilio que produce hadrones secundarios, compuestos principalmente de (anti)protones, piones y kaones. El objetivo de producción y el experimento están separados por una línea de transferencia de 1,1 km de largo, lo que permite, mediante una desintegración débil y el uso de absorbentes de hadrones masivos, la producción de un haz de muones naturalmente polarizado por espín. La línea de haces está diseñada para transportar haces con un impulso de hasta 280 GeV/c. Por lo general, COMPASS utiliza cinco haces diferentes:
El momento y la posición de las partículas incidentes se determinan con detectores de tiras de silicio frías y detectores de fibras centelleantes. Esta información es crucial para determinar el punto de interacción dentro del material objetivo. Dependiendo del tipo de haz se realizan modificaciones en el telescopio de haz:
Según el objetivo de la física, se necesita un objetivo adecuado. Para la física polarizada , los espines del material objetivo deben orientarse en una dirección. La célula objetivo contiene amonio o deuterio, que se polarizan mediante radiación de microondas y fuertes campos magnéticos. Para mantener el grado de polarización, se utiliza un refrigerador de dilución de 3 He/ 4 He para enfriar el material objetivo a 50 mK. El material objetivo puede polarizarse longitudinal o transversalmente al eje del haz.
Para la física no polarizada se utiliza principalmente hidrógeno líquido, lo que permite estudiar las propiedades de los protones. Para otras físicas, donde se necesitan números atómicos elevados, se utilizan níquel, plomo y otros objetivos nucleares.
La principal ventaja de un experimento con objetivo fijo es la gran aceptación. Debido al impulso de Lorentz , la mayoría de los estados finales y las partículas dispersas se crean a lo largo del eje del haz. Esto conduce a la configuración distintiva de un experimento con objetivo fijo: la mayoría de los detectores se colocan detrás del objetivo ("espectrómetro directo"). Para algunos procesos es necesario detectar el nucleón de retroceso del objetivo. Aquí se utiliza un detector de protones de retroceso que consta de dos cilindros de material centelleador. Los protones se identifican por el tiempo de vuelo y la pérdida de energía.
El experimento COMPASS consta de dos etapas de espectrómetro con varios tipos de detectores de seguimiento, cada una configurada alrededor de un imán de espectrómetro para determinar el impulso de las partículas. La primera etapa está dedicada a pistas con grandes ángulos de dispersión (producción) y la segunda a ángulos pequeños. Además, la primera etapa alberga un detector CHerenkov Ring-Imaging ("RICH"), capaz de distinguir piones y kaones entre 10 y 50 GeV. Para medir partículas cargadas se utilizan los siguientes tipos de detectores:
Las partículas neutras, es decir, los fotones, se detectan con calorímetros electromagnéticos . La energía de los hadrones producidos se determina con calorímetros hadrónicos.