O detector ATLAS e a participação portuguesa Agostinho Gomes LIP-Lisboa CERN 14 Setembro 2007.

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1 O detector ATLAS e a participação portuguesa Agostinho Gomes LIP-Lisboa CERN 14 Setembro 2007

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4 O detector ATLAS vai funcionar no LHC no CERN, onde vão colidir feixes de protões, cada um com energia de 7 TeV Detector interno de traços O detector ATLAS Túnel do LHC LArg – calo em TILECAL – calo hadrónico Bobina do toróide Câmaras de muões Bobina do solenóide 25 m Comprimento: 46 m Peso: 7000 toneladas Canais electrónica: ~100 milhões

5 Belo... Muito limpo... Uma verdadeira raridade! Higgs a decair num par de Z Um Z-> e+e- Outro Z ->  - Filme >>>>>>>>>> Exemplo de um acontecimento em ATLAS Filme em http://atlas.ch/multimedia/index_features.html

6 Detecção de energia (jactos - cascatas hadrónicas) ‏ Detecção de energia transversa em falta (neutrinos,...) ‏ Linhas orientadoras no projecto do calorímetro hadrónico  Hermeticidade para detecção de jactos e E T miss  Resolução em energia para jactos  Construção “fácil” ( estrut. periódica ) e “baixo” custo O calorímetro Tilecal TILECAL Hadronic endcap (Lar)‏ Electromagnetic calorimeter (Lar)‏

7 Estrutura e princípio de funcionamento período básico, 18mm placa mestra (5mm)‏ espaçador (4mm)‏ cintilador (3mm)‏ r fibra viga sub-módulos r z  Estrutura periódica, ferro e cintiladores de plástico cintilador Fibras WLS Luz produzida nos cintiladores transmitida até aos fotomultiplicadores através de fibras ópticas WLS  razão Fe/cint. 4:1  diâmetro ext 8.5 m  comprimento 12 m  peso total 2900 T  cobertura |  | < 1.6

8 Fotodetectores e electrónica Fotomultiplicadores colectam a luz transmitida pelas fibras ópticas WLS Electrónica dentro de “gavetas” digitaliza os sinais e envia-os para computadores. Inclui fontes de alimentação (LV), distribuidor de alta tensão (HV), arrefecimento a água – controlo e monitorização pelo DCS Filme >>> Filme disponivel temporariamente em http://www.lip.pt/experiments/tilecal

9 Sistema de controlo do detector (DCS) ‏ Controla e monitoriza: - Baixas tensões - Altas tensões - Temperaturas - Sistemas de calibração Mais de 30000 parâmetros lidos a cada 10 segundos Gera alarmes em caso de detecção de situações perigosas ou indesejáveis e nalguns casos reage automaticamente Parâmetros são armazenados em base de dados. Valores das altas tensões poderão ser utilizadas para corrigir energias medidas em cada célula do calorímetro

10 Y X Bus GPIB 90 Sr +0.018 +0.015 90 Sr scintillator Optical WLS fibres PMTs PC +0.018 +0.015 Multimeters Desenvolvimento e caracterização de cintiladores Desenvolvimento - colaboração com Univ. Minho e IHEP-Protvino (Rússia) ‏ Esquema do dispositivo de caracterização dos cintiladores no CFNUL Simulação de mapa de colecção de luz Mapa de colecção de luz obtido no lab Mapas de colecção de luz, para estudo de optimização das máscaras a aplicar nos cintiladores

11 Fibras ópticas WLS Espelho de alumínio na extremidade permite: - detectar mais luz - melhor uniformidade na colecção da luz na zona em contacto com cintiladores Quantidade de luz vs distância

12 Barril central - 4 fibras por perfilBarris laterais - 3 fibras por perfil Estruturas celulares diferentes nos barris centrais e laterais permitem optimizar o custo sem perder qualidade da resposta Estrutura celular do Tilecal

13 Muões cósmicos detectados com o Tilecal Calorímetro Tilecal está em grande parte operacional na caverna de ATLAS Antes dos detectores de muões estarem montados, o Tilecal já permitia fazer o trigger de raios cósmicos (utilizando placa de trigger especialmente desenhada para o efeito) ‏

14 14 Selecção de acontecimentos online: o Trigger  No LHC haverá 40,000.000 de interacções por segundo  Intervalo de tempo para aceitar/rejeitar uma interacção: 0.000002 s  Só uma de cada 20000 interacções tem interesse...  O Trigger selecciona online os eventos interessantes! Quando as partículas estão a sair do detector (quase à velocidade da luz!) já houve outra interacção no centro! c=30cm/ns; in 25ns, s=7.5m

15 15 Selecção de jactos no segundo nível do trigger  O trigger procura acontecimentos com partículas de alto p T (e, , q, g, )‏ Target processing time ~ 2 s ~ 10 ms 2 μs LEVEL 2 TRIGGER Melhor precisão Algoritmos simples e rápidos LEVEL 1 TRIGGER Feito em hardware Muito rápido Pouca resolução EVENT FILTER Mais lento Muita boa precisão Melhor calibração High Level Triggers Baseados en software Rate 40 MHz 75 KHz 2 KHz 200 Hz ~50 % ~25 % ~2% ~25 % q, g Nível de partões Nível de partículas No calorímetro A calibração em energia é fundamental para a selecção de jactos de alta E T Selecção de jactos:  Maiores dificuldades:  O detector só mede ~70% da energia do jacto

16 O quark top no SM Primeira observação directa no FERMILAB (CDF e D0 no TEVATRÃO) ‏ N ν = 2.9841±0.0083 O quark top completa a estrutura de 3 familias do SM: Possui spin=1/2, Possui spin=1/2, Carga=+2/3, Carga=+2/3, Transforma-se como um tripleto de cor do Transforma-se como um tripleto de cor do grupo de simetria SU(3), grupo de simetria SU(3), Parceiro de isospin fraco do quark b, Parceiro de isospin fraco do quark b,  =1.42GeV (incluindo m b,M W,  s,EW corr.) ‏  =1.42GeV (incluindo m b,M W,  s,EW corr.) ‏ Tempo de Hadronização Não existem hadrões do top  QCD -1 =(100MeV) -1 =10 -23 s M t =>  t < 10 -23 s

17 I. O decaimento t bW I. O decaimento t bW e a Polarização do W e a Polarização do W Propriedades do Quark Top (dois exemplos de estudos recentemente efectuados) ‏ II. Decaimentos Raros do top: II. Decaimentos Raros do top:

18 Em breve, neste laboratório. Mistério, suspense... O que é que vai aparecer? Bosão de Higgs? Partículas supersimétricas? Dimensões extras? Buracos negros?...?