Es posible que haya observado pasajeros de aviones acompañados de mascotas o incluso instrumentos musicales en los vuelos. Pero, ¿alguna vez se ha sentado junto a un detector de partículas?

Durante más de un año, un pequeño equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) ha estado trabajando para ensamblar, prueba, y transporte de piezas detectoras para una actualización de la matriz de detectores ALICE (A Large Ion Collider Experiment) en el laboratorio del CERN en Europa.

Los paneles detectores viajan como 'pasajeros'

La solución del equipo de Berkeley Lab para garantizar que cada uno de estos las piezas delicadas llegan intactas del punto A al punto B:trátelas como compañeros de viaje.

ALICIA, un experimento de física nuclear, está diseñado para colisionar iones de plomo de alta energía entre sí y con protones para explorar un estado exótico de materia supercaliente conocido como plasma de quark-gluón que se cree que existió en el universo temprano.

Berkeley Lab es uno de los cinco sitios en todo el mundo que están construyendo paneles detectores (llamados "duelas") para el proyecto de actualización. que mejorará el rendimiento del sistema de seguimiento interno del detector ALICE, incluida su resolución para tomar instantáneas de colisiones de partículas, su durabilidad, y velocidad de recopilación de datos.

Los investigadores de física nuclear del Berkeley Lab se turnan para transportar cuatro largas duelas de detectores a la vez en un contenedor transparente hecho a medida equipado con una correa para el hombro. Cuando se carga, el contenedor de un metro de largo pesa alrededor de 25 libras. Las duelas están apiladas con secuencias de chips de silicio y circuitos relacionados y componentes de potencia.

Cada pentagrama del que es responsable el equipo de Berkeley Lab tiene ocho módulos de sensores, y cada módulo está equipado con 14 sensores, para un total de 112 sensores por duela.

Este asiento está ocupado

"Terminamos comprándoles asientos en vuelos comerciales porque no hay otra forma confiable de llevarlos allí, "dijo Leo Greiner, un científico del personal de la División de Ciencias Nucleares de Berkeley Lab que dirige el equipo que trabaja en los componentes de actualización del detector ALICE.

El equipo había utilizado modelos mecánicos de los módulos detectores para ver cómo se mantendrían en la bodega de carga de un avión. y no les fue bien:las unidades estaban visiblemente dañadas, con algunas partes rompiéndose.

"Estaba bastante claro que el transporte no podía realizarse de la forma que imaginamos originalmente, ", Dijo Greiner. De modo que investigó la mejor manera de colocar los pentagramas dentro de la cabina:un entorno más protegido. Las reglas para comprar un asiento para los pentagramas son similares a las de los costosos instrumentos musicales que los músicos quieren llevar en la mano al avión". , él dijo.

El claro El estuche de transporte construido en Berkeley Lab está diseñado para facilitar las inspecciones de seguridad del aeropuerto, y los escaneos de rayos X de los aeropuertos no son un problema, ya que los componentes del detector están diseñados para resistir una radiación mucho más intensa.

Una vez a bordo del avión, Los investigadores solicitan una extensión del cinturón de seguridad para abrochar de forma segura el estuche de transporte en el asiento contiguo. Su ruta habitual es volar a Newark o Washington, CORRIENTE CONTINUA., del Área de la Bahía de San Francisco, y luego conectar con un vuelo internacional a Ginebra, Suiza. El viaje de ida y vuelta suele implicar dos días completos de viaje y dos días en el CERN para comprobar si hay daños en los componentes.

Los miembros del equipo de Berkeley Lab completaron aproximadamente 14 de estos viajes durante el año pasado, con el último viaje programado para mediados de octubre.

Difusión científica simplificada

Los inusuales bolsos de mano son un buen tema para iniciar una conversación, Dijo Greiner.

"Es el alcance más fantástico que he hecho en mi vida, ", dijo." Todo el mundo tiene preguntas ".

Nikki Apadula, un científico del proyecto en la División de Ciencias Nucleares y un miembro del equipo de ALICE que ha participado en las excursiones de los detectores, dijo, "Pasé todo un viaje a Newark usando el respaldo del asiento para explicar qué hacen las partículas en el detector".

Apadula dijo que los contenedores de viaje altos pueden ser engorrosos a veces. "El hecho de que estas cosas midan un metro de largo, es simplemente incómodo. Es casi tan alto como yo".

Otros miembros del equipo de actualización de detectores ALICE de Berkeley Lab, incluidos los asistentes de investigación Erica Zhang y Winston DeGraw, quienes comenzaron a trabajar en el proyecto como estudiantes universitarios, han sido los viajeros más frecuentes en los viajes de los detectores.

Armar las duelas

El equipo de Berkeley Lab está contribuyendo con 60 duelas de detector para las capas intermedias del detector de barril exterior mejorado de ALICE, la mayor contribución de un laboratorio de EE. UU.

El detector completo tendrá siete capas concéntricas que contendrán un total de 24, 000 sensores de silicio para detectar interacciones de partículas. Está programado para su instalación en marzo de 2020, y estará operativo a principios de 2021.

El montaje del detector en Berkeley Lab se llevó a cabo en un entorno de sala limpia con paredes de plástico especialmente construido. Los investigadores midieron y pegaron cuidadosamente ocho módulos detectores a cada duela, con una precisión que normalmente se mide en decenas de micrones, o decenas de millonésimas de metro.

Las duelas cuentan con tubos que permiten que el agua fría circule a lo largo de su longitud y evitan el sobrecalentamiento. y todos los materiales, hasta el pegamento que fija los módulos del detector, deben probarse para garantizar que puedan resistir el entorno del detector.

Cada duela presenta un soporte de fibra de carbono en forma de cuña a lo largo de su longitud, y componentes eléctricos de aluminio en lugar de cobre para proporcionar una mejor resolución de seguimiento para capturar las interacciones de las partículas mientras resisten el aluvión de radiación producida en las colisiones de partículas. En las primeras etapas del proyecto, el equipo de Berkeley Lab utilizó potentes haces de partículas cargadas en el ciclotrón de 88 pulgadas de Berkeley Lab para probar la durabilidad de los materiales del detector. Greiner señaló.

Diseño de detector de próxima generación

Los detectores en la actualización se basan en una tecnología de detector de píxeles monolítico; se utilizó una generación anterior de este tipo de detector para el detector STAR (Rastreador de solenoides en RHIC) en el Colisionador de iones pesados ​​relativista (RHIC) del Laboratorio Nacional de Brookhaven. Berkeley Lab tiene una experiencia particular en este tipo de detector, Greiner señaló, y contribuyó a la I + D inicial.

Los detectores de actualización ALICE están diseñados para una vida útil más larga, puede procesar señales unas 10 veces más rápido que los detectores anteriores, y tienen un tamaño de píxel individual de aproximadamente 30 micrones. La resolución mejorada permitirá a los investigadores diferenciar mejor las partículas producidas en las colisiones iniciales de los núcleos de plomo de las que se ramifican a partir de las desintegraciones de partículas que siguen a estas interacciones iniciales.

"La tecnología realmente ha madurado, ", Dijo Greiner." Pueden tomar datos más rápidamente, no mueras tan rápido, y disipa menos energía ".

Otros sitios de montaje de los nuevos detectores se encuentran en China, Inglaterra, Francia, Italia, Los países bajos, y Corea. La colaboración de ALICE asciende aproximadamente a 1, 500 científicos de más de 100 institutos de física en 30 países. La participación de Berkeley Lab en ALICE cuenta con el apoyo de la Oficina de Física Nuclear de la Oficina de Ciencias del DOE de EE. UU.