DELPHI ( Detector with Lepton, Photon and Hadron Identification ) fue uno de los cuatro detectores principales del Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) del CERN , uno de los mayores aceleradores de partículas jamás construidos. Al igual que los otros tres detectores, registraba y analizaba el resultado de la colisión entre los haces de partículas en colisión del LEP. [1] [2] El enfoque específico de DELPHI estaba en la identificación de partículas, la información tridimensional, la alta granularidad (detalle) y la determinación precisa de vértices. [3]
Trabajos de desmantelamiento del detector DELPHI en el punto 8 del LEP
Construcción
La construcción de DELPHI comenzó en 1983 y se completó en 1988, quedando listo para que el LEP comenzara a operar en 1989. [3] Después de que el LEP terminara de operar en noviembre de 2000, la mayor parte de DELPHI comenzó a ser desmantelada, y el desmantelamiento se completó en septiembre de 2001. [2] [4] La sección central se mantuvo y se trasladó a un espacio sin uso (ahora la ubicación del experimento LHCb) donde se preparó como una instalación de "museo". [5]
Configuración experimental
DELPHI tenía la forma de un cilindro de más de 10 metros de longitud y diámetro, y un peso de 3500 toneladas. En funcionamiento, los electrones y positrones del acelerador pasaban por un tubo que atravesaba el centro del cilindro y colisionaban en el centro del detector. Los productos de la colisión viajaban luego hacia afuera del tubo y eran analizados por muchos subdetectores diseñados para identificar la naturaleza y las trayectorias de las partículas producidas por la colisión. [6]
Subdetectores
Diagrama en corte del experimento DELPHI
Había cinco detectores de seguimiento en la parte del barril del detector: el detector de vértices (VD), el detector interno (ID), la cámara de proyección de tiempo (TPC), el detector externo (OD) y las cámaras de muones del barril (MUB). [7]
El VD es un detector avanzado de silicio que se encuentra más cerca del punto de colisión y tiene el propósito de proporcionar un seguimiento preciso. [8] Las partículas de vida corta se encuentran extrapolando las pistas hasta un punto de interacción . [6] En 1997 se completó una actualización del VD para que formara la parte de barril del rastreador de silicio. [9]
El ID, entre el VD y el TPC, proporciona datos de posición intermedia y de activación. [10] Las dos partes del detector son la cámara de deriva JET y las capas de activación (TL), que producen puntos por pista y cobertura de ángulo polar . [7] El gas utilizado en la cámara JET es principalmente CO 2 , con una pequeña cantidad de isobutano , que permite que las señales causadas por las pistas de partículas entrantes lleguen al mismo tiempo. [6]
El TPC es el dispositivo de seguimiento principal de DELPHI, que también mide la pérdida de energía de partículas (dE/dX). [11] El OD proporciona mediciones de dirección finales después del detector Cherenkov de imágenes de anillo de barril . [6]
DELPHI puede utilizar la técnica de imágenes de anillo de Cherenkov para diferenciar partículas cargadas secundarias producidas por colisiones. [12] Esto se hizo utilizando dos radiadores RICH de 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 delanteras de muones (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 muy adelantados y dos calorímetros de ángulo pequeño. La cámara de proyección de alta densidad (HPC) era un calorímetro electromagnético de barril montado en el interior del solenoide fuera del OD. [14] El calorímetro electromagnético adelantado (FEMC) constaba de dos discos de 5 m de diámetro, hechos de vidrio de plomo . [15] Se instalaron centelleadores adicionales para garantizar que los fotones de alta energía no escaparan. [6]
El calorímetro hadrónico (HCAL) permite realizar mediciones de energía calorimétrica de los hadrones. Es un detector de gas de muestreo que se incorpora en el yugo magnético y cubre una región de ángulo polar determinada. [16]
La luminosidad se mide utilizando el calorímetro de teselas 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 dispersión 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 gran región angular. [17] El VSAT consta de cuatro módulos calorímetros y detecta electrones y positrones producidos en la dispersión Bhabha. [18]
Sistema de activación
El objetivo 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 de naturaleza creciente (T1, T2, T3, T4), utilizando contribuciones de datos de cada subdetector para informar la decisión de activación de los primeros dos niveles. Los últimos dos niveles son filtros de software. [19]
Resultados
DELPHI: Primeras partículas W
Los datos producidos a partir de DELPHI permitieron:mi+mi−→Yo+Yo− reacción que se estudiará por primera vez. Esto se hizo teniendo energías del centro de masa por encima del umbral de producción del par WW . A partir de los datos, la masa del bosón W se determinó como 80,40 ± 0,45 GeV/c 2 que luego se combinó con los resultados de las 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 mi+ mi− colisiones. La sección transversal de esta interacción depende en gran medida de la masa del bosón de Higgs, por lo que se puede calcular a partir de mediciones. La masa del bosón de Higgs no se pudo determinar utilizando DELPHI, por lo que solo se pudo proporcionar un límite de exclusión de masa. [21]
Además, durante los experimentos de toma de datos del LEP1 realizados entre 1989 y 1995, se investigaron las desintegraciones hadrónicas y leptónicas del bosón Z a 91 GeV y se obtuvieron los anchos de las diferentes ramas. Los resultados concordaron con las predicciones y expectativas del modelo estándar . [22] Más tarde, en 1995, el experimento se ejecutó a energías intermedias de 130 y 136 GeV, donde, junto con otros experimentos del LEP, los resultados encontrados concordaron con las predicciones del modelo. [23]
Referencias
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