El experimento NA58 , o COMPASS (acrónimo de " Aparato común de muones y protones para la estructura y la espectroscopia ") es un experimento de objetivo fijo de 60 metros de longitud en la línea de luz M2 del SPS del CERN . La sala experimental está situada en la zona norte del CERN, cerca de la localidad francesa de Prévessin-Moëns. El experimento es un espectrómetro de dos etapas con numerosos detectores de seguimiento, identificación de partículas y calorimetría. Los resultados físicos 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 del espín del nucleón y la espectroscopia de hadrones . La colaboración está formada por 220 físicos de 13 países diferentes, que involucran a 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 puso en marcha el experimento y, finalmente, en 2001, se realizó la primera prueba de puesta en servicio. Hasta el inicio de los experimentos del LHC , COMPASS fue el mayor experimento de toma de datos del CERN. También es pionero en la adopción de nuevas tecnologías de detección y lectura, como MicroMegas , detectores GEM y, más recientemente, la detección de fotones THGEM. La toma de datos se divide en las fases COMPASS I y II.
BRÚJULA I (2002-2011)
COMPÁS II (2012-2021)
El experimento consta de tres partes principales: el telescopio de haz, el objetivo y el espectrómetro de dos etapas.
La línea de haz M2 puede 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 blanco de producción de berilio que produce hadrones secundarios, compuestos principalmente de (anti-)protones, piones y kaones. El blanco de producción y el experimento están separados por una línea de transferencia de 1,1 km de longitud, lo que permite, mediante una desintegración débil y el uso de absorbentes de hadrones masivos, la producción de un haz de muones con polarización de espín natural. La línea de haz está diseñada para transportar haces de hasta un momento de 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 frío y detectores de fibra centelleante. 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 físico, se necesita un objetivo adecuado. Para la física polarizada , los espines del material objetivo deben estar orientados en una dirección. La celda objetivo contiene amonio o deuterio, que se polarizan mediante radiación de microondas y campos magnéticos fuertes. 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 su gran aceptación. Debido al efecto 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 de avance"). Para algunos procesos es necesario detectar el nucleón de retroceso del objetivo. En este caso, se utiliza un detector de protones de retroceso que consta de dos barriles 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 uno de ellos colocado alrededor de un imán de espectrómetro para determinar el momento de las partículas. La primera etapa está dedicada a las pistas con grandes ángulos de dispersión (producción) y la segunda a los ángulos pequeños. Además, la primera etapa contiene un detector de Cherenkov Ring-Imaging ("RICH"), capaz de distinguir piones y kaones entre 10 y 50 GeV. Se utilizan los siguientes tipos de detectores para medir partículas cargadas:
Las partículas neutras, es decir, los fotones, se detectan con calorímetros electromagnéticos . La energía de los hadrones producidos se determina con calorímetros hadrónicos.