La calibrazione laser migliora l'accuratezza dell'esperimento ATLAS

Questo articolo parla dell'uso dei laser per controllare e regolare le prestazioni di una parte chiave dell'esperimento ATLAS al CERN, il Calorimetro a piastrelle. Il Calorimetro a Piastrelle aiuta gli scienziati a misurare l'energia e la direzione delle particelle prodotte in collisioni ad alta energia al Grande Collider di Adroni (LHC).

#Panoramica sul Calorimetro a Piastrelle

Il Calorimetro a Piastrelle, o TileCal per gli amici, è dove gli scienziati misurano quanta energia portano le particelle chiamate adroni. Queste particelle sono fondamentali per capire cosa succede durante le collisioni all'LHC. Il TileCal utilizza materiali speciali per catturare la luce prodotta quando le particelle lo colpiscono. Questa luce viene poi misurata usando dispositivi chiamati tubi fotomoltiplicatori (PMT). La Calibrazione di questi dispositivi è cruciale per il corretto funzionamento del TileCal.

#Importanza della Calibrazione Laser

La calibrazione laser è necessaria per assicurarsi che le letture dal Calorimetro a Piastrelle siano accurate e stabili nel tempo. Il sistema è stato aggiornato a una nuova versione chiamata Laser II, che è in uso dal Run 2 dell'LHC. Questo sistema aggiornato ha dimostrato una grande stabilità, mantenendo un'accuratezza migliore dell'0,8% nella misurazione della luce laser.

Durante la calibrazione, i laser inviano impulsi di luce attraverso il TileCal, permettendo agli scienziati di capire quanto bene stanno funzionando i PMT. Raccogliendo dati da questo processo, gli scienziati possono correggere eventuali incoerenze nelle misurazioni prodotte dai PMT, assicurandosi che riflettano l'energia reale delle particelle.

#Come Funziona il Calorimetro a Piastrelle

Il TileCal ha un layout preciso progettato per misurare l'energia in modo accurato. È composto da diversi segmenti disposti a forma cilindrica attorno al punto di collisione. La struttura del calorimetro è divisa in diversi strati, che aiutano a catturare l'energia da angoli diversi.

Quando le particelle colpiscono il calorimetro, producono luce. Questa luce viaggia verso i PMT attraverso fibre speciali che la guidano. I PMT poi convertono la luce in segnali elettrici. Il processo di calibrazione assicura che questi segnali rappresentino accuratamente la quantità di energia depositata nel calorimetro.

#Dettagli del Sistema Laser II

Il sistema Laser II è composto da più componenti che lavorano insieme per fornire e monitorare la luce laser. Questo sistema è stato installato in un'area di servizio a circa 100 metri dal TileCal. Include una sorgente laser, componenti ottici per regolare l'intensità della luce e diversi fotodiodi per misurare quanto bene sta funzionando il sistema.

Gli obiettivi principali dell'aggiornamento Laser II erano migliorare la precisione e la stabilità rispetto al sistema precedente. Sono stati fatti miglioramenti in diverse parti del sistema, come componenti ottici migliori e dispositivi di monitoraggio più accurati.

#Procedura di Calibrazione Laser

Per effettuare la calibrazione laser, vengono seguite specifiche procedure. Le corse di calibrazione regolari avvengono quotidianamente, specialmente dopo qualsiasi cambiamento significativo nelle operazioni dell'LHC. Durante queste corse, i laser inviano impulsi preimpostati al TileCal, e i PMT registrano i segnali risultanti. Analizzando questi segnali, gli scienziati possono calcolare le costanti di calibrazione, che correggono per eventuali incoerenze nelle prestazioni dei PMT.

#Monitoraggio e Studi di Prestazione

Oltre a calibrare i PMT, gli eventi laser vengono utilizzati anche per monitorare continuamente le loro prestazioni. Questo include controllare il tempo dell'elettronica di lettura e assicurarsi che i segnali prodotti siano stabili e accurati. Qualsiasi problema può essere rilevato precocemente, permettendo velocemente di risolvere e mantenere.

Come parte del monitoraggio continuo, un sistema automatizzato controlla i canali con problemi. Questo aiuta a garantire che eventuali problemi con i PMT siano segnalati e possano essere affrontati tempestivamente.

#Risultati dal Run 2

Durante il Run 2 dell'LHC, il sistema Laser II ha avuto un ruolo critico nel mantenere le prestazioni del TileCal. La calibrazione e il monitoraggio continui hanno portato a una risoluzione energetica misurata del 3,5% per i jet centrali di alta energia, che è in linea con gli obiettivi di progettazione dell'esperimento ATLAS. I dati di calibrazione dai laser hanno confermato l'affidabilità delle misurazioni, essenziale per l'analisi delle collisioni delle particelle.

#Conclusione

Il processo di calibrazione laser del Calorimetro a Piastrelle di ATLAS è un componente chiave per garantire l'accuratezza e la stabilità delle misurazioni effettuate durante collisioni ad alta energia. Il sistema aggiornato Laser II ha notevolmente migliorato le procedure di calibrazione, permettendo un tracciamento più preciso delle energie delle particelle. Il monitoraggio continuo aiuta a mantenere le prestazioni del TileCal, assicurando che soddisfi le esigenze stabilite dai ricercatori. In generale, il funzionamento riuscito della calibrazione laser ha contribuito in modo significativo al successo dell'esperimento ATLAS durante il Run 2 all'LHC.