RADiCAL: Uma Nova Era em Detectores Tolerantes à Radiação

Detectores de alta performance são super importantes para os futuros experimentos de física de partículas. Um dos principais desafios é desenvolver instrumentos que funcionem bem em ambientes com muita radiação. Um novo tipo de detector chamado RADiCAL foi criado pra lidar com esse desafio. Esse artigo fala sobre o design, a montagem e os primeiros resultados dos testes do detector RADiCAL.

#Contexto

Nos experimentos de física de partículas, especialmente aqueles em aceleradores de alta energia, os detectores têm que lidar com feixes de partículas muito intensos. O RADiCAL foi projetado pra aguentar altos níveis de radiação e ainda fazer medições precisas de energia e tempo. A meta é conseguir uma Resolução de Tempo de menos de 50 picosegundos e fornecer leituras de energia bem precisas.

#O Design do RADiCAL

O detector RADiCAL usa um design específico chamado de calorímetro "shashlik". Isso significa que ele é composto por camadas de materiais diferentes que trabalham em conjunto pra detectar partículas. O design inclui:

• Camadas de materiais: O RADiCAL é feito de camadas de tungstênio e cristais de LYSO. O tungstênio é usado porque é denso e eficaz em parar partículas, enquanto o LYSO é um cristal que produz luz quando as partículas passam por ele.
• Capilares de quartzo: Tubos finos feitos de quartzo são preenchidos com uma substância que ajuda a gerenciar a luz produzida pelo detector. Esses capilares são cruciais pra transferir a luz pros sensores que fazem a medição.
• Materiais resistentes à radiação: Materiais especiais foram escolhidos por serem capazes de aguentar radiação sem perder performance.

#Montagem de Testes

O detector RADiCAL foi testado na Fermilab Test Beam Facility em junho de 2022. Um único módulo do RADiCAL foi preparado pra esse teste. A montagem de testes incluiu:

• Azulejos empilhados: O módulo do detector foi montado empilhando azulejos de tungstênio e LYSO, separados por folhas feitas de um material especial chamado Tyvek. Essa empilhagem é crítica pra permitir que as partículas passem e sejam facilmente detectadas.
• Folhas cortadas a laser: Folhas foram usadas pra separar os azulejos. Isso ajuda a manter tudo organizado e garante que os materiais certos estejam no lugar.
• Inserção de capilares: Os capilares de quartzo foram inseridos pelo módulo pra coletar a luz e passar pros sensores.

#Resultados dos Testes

Os testes mediram o quão bem o detector RADiCAL conseguia identificar a energia e o tempo das partículas. Aqui estão algumas descobertas importantes das corridas de junho de 2022:

• Resolução de Tempo: O RADiCAL alcançou uma resolução de tempo de cerca de 50 picosegundos. Isso significa que ele podia medir com precisão quando uma partícula passava pelo detector.
• Interação das Partículas: Quando as partículas entravam no RADiCAL, elas interagiam com os azulejos de LYSO e produziam luz. Essa luz era gerenciada pelos capilares e detectada pelos sensores.
• Coleta de Sinal: Dois tipos de capilares foram usados nos testes. Capilares de energia coletavam luz das partículas, enquanto capilares de tempo ajudavam a medir quando a luz era produzida.

#Aquisição de Dados

Pra coletar dados dos testes, dois digitalizadores de mesa foram usados. Esses dispositivos capturaram sinais do RADiCAL e de outro detector usado no experimento. Quando uma partícula passava pelo sistema, isso acionava a coleta de dados. Os dados capturados foram analisados pra entender quão bem o RADiCAL se saiu.

#Medições de Energia

Os testes mostraram uma relação clara entre a energia das partículas que chegavam e os sinais medidos pelo RADiCAL. Essa relação permite que os pesquisadores determinem quanta energia cada partícula carregava com base nos sinais que produziam no detector.

#Planos Futuros

Com os resultados promissores dos testes iniciais, há planos pra fazer mais experimentos. Os testes futuros vão tentar explorar como o RADiCAL se comporta com diferentes tipos de partículas e em várias faixas de energia. Isso vai ajudar a refinar o design e melhorar ainda mais sua performance.

#Conclusão

O detector RADiCAL representa um grande avanço no design de detectores resistentes à radiação pra experimentos de física de partículas. Seu design inovador e os resultados de testes bem-sucedidos demonstram seu potencial pra enfrentar os desafios de futuros aceleradores de alta energia. À medida que a pesquisa continua e mais testes são realizados, o RADiCAL pode desempenhar um papel crucial em avançar nossa compreensão do universo.