Impacto de la radiación en el calorímetro de baldosas durante la segunda corrida del LHC

El experimento ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es un gran experimento de física de partículas diseñado para explorar varias preguntas fundamentales sobre el universo. Un componente crucial de este experimento es el Calorímetro de Azulejos (TileCal), que mide la energía de partículas como los hadrones. Cuando estas partículas interactúan con el detector, pueden causar algo de desgaste, especialmente por la Radiación. Este artículo cubre un estudio sobre cómo la instrumentación óptica del TileCal soportó la radiación durante la Segunda Carrera del LHC, de 2015 a 2018.

#¿Qué es el Calorímetro de Azulejos?

El Calorímetro de Azulejos es la pieza central que mide la energía de las partículas producidas en colisiones en el LHC. Consiste en varias capas de scintilladores plásticos y acero que trabajan juntas para absorber la energía de las partículas entrantes. Cuando una partícula golpea el scintilador, produce un destello de luz, que luego es recolectado por fibras ópticas especiales y enviado a fotodetectores para su medición.

Imagínate como un "diner" de alta tecnología donde cada partícula es un cliente, y los azulejos scintilladores son los camareros que sirven luz en lugar de comida. Cada camarero recoge propinas (señales de luz) según lo bien que haga su trabajo.

#Componentes Ópticos en Riesgo

Como podrás imaginar, trabajar con colisiones de alta energía significa que el TileCal enfrenta mucha radiación. Los scintilladores y las fibras ópticas pueden sufrir daños cuando están expuestos a esta radiación con el tiempo. El estudio exploró cómo estos componentes se mantuvieron bajo las duras condiciones del LHC.

Las fibras ópticas, responsables de recoger la luz de los scintilladores, son un poco como los asistentes a una fiesta que absorben las mejores historias de conversaciones animadas. Si la fiesta dura demasiado, pueden empezar a olvidar las partes buenas.

#Calibración y Monitoreo

Para hacer seguimiento de cómo está funcionando el TileCal, hay varios sistemas de calibración y monitoreo en marcha. Estos incluyen:

• Fuentes radiactivas de cesio: Proporcionan luz constante para las verificaciones de calibración.
• Sistemas láser: Ayudan a monitorear la respuesta de los detectores.
• Eventos de sesgo mínimo: Son eventos aleatorios que ayudan a evaluar el rendimiento general.

Piensa en estos sistemas como chequeos regulares en el diner para asegurarse de que todos los camareros sigan sirviendo la comida correctamente. Si un camarero empieza a flojear, ¡la gerencia necesita saber!

#Recolección de Datos

Los datos para este estudio provinieron del período de la Carrera 2, que abarcó de 2015 a 2018. Las mediciones realizadas durante este tiempo tenían como objetivo evaluar cómo la salida de luz de los componentes ópticos cambiaba debido a la exposición a la radiación.

Las mediciones revelaron que cuanto más tiempo pasaban los azulejos bajo la radiación, más empezaba a parpadear su salida de luz, como las luces tenues de un diner a medida que avanza la noche.

#Resultados del Estudio

El rendimiento del TileCal varió a través de sus capas. La capa A más interna fue la más afectada por la radiación, terminando la Carrera 2 con una pérdida de aproximadamente el 10% en la salida de luz. Otras capas sufrieron mucho menos daño, a menudo manteniéndose dentro del 1% de su rendimiento original.

Resulta que la capa A casi estaba pidiendo un descanso después de una larga noche sirviendo energía. Mientras tanto, las otras capas lograron mantener el ritmo.

#Scintilladores de Grietas y Huecos

Además de los segmentos regulares, hay scintilladores especiales de grietas y huecos, que enfrentaron condiciones aún más duras. Los scintilladores de huecos mostraron una pérdida de salida de luz de alrededor del 12%, pero los contadores de grietas fueron los verdaderos drama queens, sufriendo pérdidas del 20% y 30% para sus tipos respectivos.

El cuarto de descanso del diner claramente era un lugar caótico, y estos contadores pedían una transformación seria antes de la Carrera 3.

#Scintilladores de Disparo de Sesgo Mínimo

Los Scintilladores de Disparo de Sesgo Mínimo (MBTS), que ayudan con el disparo y la sincronización de eventos, enfrentaron un desgaste significativo. Los contadores internos de este sistema casi perdieron el 90% de su respuesta de luz después de acumular una dosis de radiación particularmente alta durante la Carrera 2.

Como si eso no fuera suficiente, fueron reemplazados para la Carrera 3 ya que habían visto días mejores, al igual que un chef sobrecargado en un diner ajetreado.

#Entorno de Radiación

El entorno de radiación en el LHC está influenciado por colisiones de alta energía que crean una serie de partículas secundarias. Alrededor del 50% de estas partículas se producen en el área donde opera el TileCal, aunque solo contribuyen alrededor del 1% de la energía total de la colisión.

Imagina una esquina de calle concurrida donde todos están conversando, pero solo unas pocas conversaciones son lo suficientemente ruidosas como para ser escuchadas.

Se usaron simulaciones para estimar la dosis total ionizante (TID) experimentada por los materiales scintilladores, revelando que ciertas áreas recibieron una dosis mucho mayor que otras.

#Modelos de Degradación

Con los datos recolectados, los investigadores crearon modelos para entender cómo se degradarían los componentes ópticos con el tiempo bajo radiación. Estos modelos les permitieron extrapolar el rendimiento futuro, preparándose para un ambiente más intenso que se espera en futuras carreras.

Es como prever cuán ocupado estará el diner durante el verano basándose en la clientela del año pasado.

#Proyecciones Futuras

Se espera que la Fase de Alta Luminosidad del LHC entregue aún más radiación, con un aumento proyectado en la luminosidad instantánea por un factor de siete. Esto significa que el TileCal deberá estar en su mejor comportamiento o correr el riesgo de enfrentar una degradación seria.

Las condiciones "diner" del futuro se ven intensas, ¡y los camareros deben estar listos para la avalancha!

#Conclusión

En resumen, el estudio de la instrumentación óptica del Calorímetro de Azulejos durante la Carrera 2 del LHC proporcionó valiosas ideas sobre cómo la radiación impacta el rendimiento de estos componentes críticos. Los datos recolectados y los modelos desarrollados ayudarán a asegurar que el TileCal siga siendo robusto, incluso mientras enfrenta nuevos desafíos en la Fase de Alta Luminosidad.

A medida que el diner se prepara para su próxima gran ronda de servicio, ¡la cocina debe estar abastecida con los mejores materiales para garantizar que cada cliente salga feliz, incluso si eso significa algunos nuevos camareros brillantes y unos menús actualizados!