Para el detector LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones, la segunda parada prolongada en curso (LS2) del complejo acelerador del CERN será un período de metamorfosis. Después de dos ejecuciones exitosas de recopilación de datos, el detector se está actualizando para mejorar la precisión de sus mediciones físicas, muchos de los cuales son los mejores del mundo. Por lo tanto, habrá cinco veces más colisiones cada vez que los grupos de protones se crucen dentro del detector después de LS2 y los planes de colaboración del LHCb para aumentar la tasa de lectura de datos de 1 megahercio a la frecuencia máxima de interacción del LHC de 40 megahercios (o cada 25 nanosegundos).

Además de reemplazar casi todos los sistemas electrónicos y de adquisición de datos para manejar el enorme aumento en la producción de datos, LHCb está reemplazando sus detectores de rastreo por otros nuevos, como el rastreador de fibra centelleante, o ciencia ficción. Es la primera vez que un rastreador tan grande con poca granularidad y alta resolución espacial, se ha realizado utilizando esta tecnología. El SciFi se colocará detrás del imán dipolo de LHCb.

Fibras centelleantes, Como el nombre sugiere, son fibras ópticas, con una base de poliestireno, en este caso, que emiten decenas de fotones en la longitud de onda azul-verde cuando una partícula interactúa con ellos. Se han agregado tintes de centelleo secundarios al poliestireno para amplificar la luz y cambiarla a longitudes de onda más largas para que pueda alcanzar fotomultiplicadores de silicio (SiPM) hechos a medida que convierten la luz óptica en señales eléctricas. La tecnología ha sido bien probada en otros experimentos de física de alta energía. Las fibras en sí mismas son ligeras, pueden producir y transmitir luz dentro de la ventana de 25 nanosegundos y son adecuadamente tolerantes a la radiación ionizante esperada en el futuro.

Cada fibra centelleante que forma el subdetector tiene 0,25 mm de diámetro y casi 2,5 m de longitud. Las fibras se empaquetarán en módulos que residirán en tres estaciones dentro de LHCb, cada uno compuesto por cuatro de los denominados "planos de detección", con los fotomultiplicadores ubicados en la parte superior e inferior de cada plano. "Las fibras se han examinado minuciosamente, enrollado en cintas multicapa, ensamblados en módulos detectores y probados a fondo, "explica Blake Leverington, quien está coordinando parte del proyecto SciFi para LHCb. "Las fibras proporcionan una precisión de un solo golpe mejor que 100 micrones y la eficiencia de un solo golpe sobre el área del detector es mejor que el 99 por ciento". En total, más de 10 000 km de fibras centelleantes fabricadas con precisión adornarán el LHCb.

A diferencia de los otros detectores LHC, El LHCb tiene un diseño asimétrico y estudia las partículas que vuelan muy cerca de la tubería del haz después de producirse en colisiones protón-protón. Sin embargo, Operar un detector sensible tan cerca de la tubería del haz trae sus propios problemas. Las simulaciones muestran que el daño por radiación de los escombros de la colisión oscurecería las fibras más cercanas a la tubería del haz hasta en un 40 por ciento durante la vida útil del LHCb. Esto dificultaría la transmisión de la luz producida a través de las fibras, pero se espera que el detector siga siendo eficiente a pesar de esto.

Los fotomultiplicadores ubicados en la parte superior e inferior de cada plano de detección SciFi serán bombardeados por neutrones producidos en los calorímetros que se encuentran más abajo. El daño por radiación da como resultado el llamado "ruido oscuro", donde los electrones excitados térmicamente hacen que los SiPM produzcan una señal que imita la señal que proviene de fotones individuales. Además del blindaje colocado entre el SciFi y los calorímetros, Se ha desarrollado un complejo sistema de refrigeración para enfriar los SiPM. "Las mediciones han demostrado que la tasa de ruido oscuro se puede reducir en un factor de dos por cada 10 grados Celsius de caída de temperatura, ", señala Leverington. Los SiPM se han montado sobre barras frías de titanio impresas en 3D especiales que se enfrían a -40 grados Celsius.

"El proyecto ha contado con contribuciones de más de un centenar de científicos, estudiantes, ingenieros y técnicos de 17 institutos asociados en 10 países, ", dice Leverington." Hemos trabajado juntos durante siete años para dar vida a la ciencia ficción ". Actualmente, los módulos SciFi, Los servicios y la electrónica se están ensamblando e instalando en los 12 marcos mecánicos en la sala de ensamblaje en el sitio del LHCb en el Punto 8 del anillo del LHC. Está previsto que los primeros componentes SciFi se instalen en la primavera del próximo año.