RADiCAL: Una Nueva Era en Detectores Tolerantes a la Radiación

Los detectores de alto rendimiento son clave para los futuros experimentos de física de partículas. Uno de los principales retos es desarrollar instrumentos que funcionen bien en ambientes con mucha radiación. Se ha creado un nuevo tipo de detector llamado RADiCAL para abordar este desafío. Este artículo habla sobre el diseño, la configuración y los primeros resultados de las pruebas del detector RADiCAL.

#Antecedentes

En los experimentos de física de partículas, especialmente en los colisionadores de alta energía, los detectores tienen que manejar haces de partículas muy intensos. El RADiCAL está diseñado para soportar altos niveles de radiación y al mismo tiempo ofrecer mediciones precisas de energía y tiempo. El objetivo es lograr una resolución temporal de menos de 50 picosegundos y proporcionar lecturas de energía precisas.

#Diseño del RADiCAL

El detector RADiCAL utiliza un diseño específico conocido como calorímetro "shashlik". Esto significa que está formado por capas de diferentes materiales que trabajan juntos para detectar partículas. El diseño incluye:

• Capas de materiales: El RADiCAL consta de capas de tungsteno y cristales LYSO. Se usa tungsteno porque es denso y efectivo para detener partículas, mientras que LYSO es un cristal que produce luz cuando las partículas pasan a través de él.
• Capilares de cuarzo: Tubos delgados de cuarzo llenos de una sustancia que ayuda a gestionar la luz producida por el detector. Estos capilares son cruciales para transferir luz a los sensores que la miden.
• Materiales resistentes a la radiación: Se han elegido materiales especiales por su capacidad de soportar la radiación sin perder rendimiento.

#Configuración de Pruebas

El detector RADiCAL fue probado en el Fermilab Test Beam Facility en junio de 2022. Se preparó un módulo único de RADiCAL para esta prueba. La configuración de pruebas incluyó:

• Losas apiladas: El módulo del detector se construyó apilando losas de tungsteno y LYSO, separadas por hojas de un material especial llamado Tyvek. Este apilamiento es crítico para que las partículas pasen y se detecten fácilmente.
• Hojas cortadas con láser: Se usaron hojas para separar las losas. Esto ayuda a mantener todo organizado y asegura que los materiales correctos estén en su lugar.
• Inserción de capilares: Los capilares de cuarzo se insertaron a través del módulo para recoger luz y pasarla a los sensores.

#Resultados de las Pruebas

Las pruebas midieron cuán bien el detector RADiCAL podía identificar la energía y el tiempo de las partículas. Aquí hay algunos hallazgos importantes de las pruebas de junio de 2022:

• Resolución Temporal: El RADiCAL logró una resolución temporal de alrededor de 50 picosegundos. Esto significa que podía medir con precisión cuándo pasaba una partícula a través del detector.
• Interacción de Partículas: Cuando las partículas entraban en el RADiCAL, interactuaban con las losas de LYSO y producían luz. Esta luz era gestionada por los capilares y detectada por los sensores.
• Recolección de Señales: Se usaron dos tipos de capilares en las pruebas. Los capilares de energía recogían luz de las partículas, mientras que los capilares de tiempo ayudaban a medir cuándo se producía la luz.

#Adquisición de Datos

Para recopilar datos de las pruebas, se usaron dos digitalizadores de escritorio. Estos dispositivos capturaron señales del RADiCAL y de otro detector usado en el experimento. Cuando una partícula pasaba a través del sistema, desencadenaba la recolección de datos. Luego, los datos capturados se analizaban para entender qué tan bien funcionaba el RADiCAL.

#Mediciones de Energía

Las pruebas mostraron una relación clara entre la energía de las partículas entrantes y las señales medidas por el RADiCAL. Esta relación permite a los investigadores determinar cuánta energía llevaba cada partícula en función de las señales que producía en el detector.

#Planes a Futuro

Con los resultados prometedores de las pruebas iniciales, hay planes para realizar más experimentos. Las futuras pruebas buscarán explorar cómo se comporta el RADiCAL con diferentes tipos de partículas y en varios rangos de energía. Esto ayudará a perfeccionar el diseño y mejorar aún más su rendimiento.

#Conclusión

El detector RADiCAL representa un gran avance en el diseño de detectores tolerantes a la radiación para experimentos de física de partículas. Su diseño innovador y los resultados exitosos de las pruebas demuestran su potencial para enfrentar los desafíos que presentan los futuros colisionadores de alta energía. A medida que la investigación continúa y se realizan más pruebas, el RADiCAL podría jugar un papel crucial en avanzar nuestro entendimiento del universo.