Muones cósmicos en CMS

Muon cosmico en CMS

En la imagen podéis ver la traza de un muon cósmico reconstruida en el detector de partículas CMS a finales del pasado mes de Agosto. Las cámaras mas externas (cámaras DT), que aparecen representadas en rojo, constituyen el espectrómetro de muones de la zona central. Como veis el paso del muon ha dejado señal en tres de las cámaras superiores y en tres cámaras inferiores. En su paso a traves del detector, también dejan señal en el resto de subdetectores, como en el detector central de trazas (señales en color amarillo) y en el calorímetro electromagnético (señales centrales en color rojo).

Como podéis observar al atravesar CMS el muon va curvando su trayectoria, debido a que se trata de una partícula cargada dentro de un campo magnético. La medida del radio de curvatura permite asignar el signo de la carga (muones de carga negativa o su antipartícula de carga positiva) y la medida de su momento. En el caso particular que mostramos en la imagen el campo magnético en CMS era de 3 Teslas, aunque en condiciones de funcionamiento nominales se alcanzara un valor de 3.8 Teslas.

Cuando un rayo cósmico de alta energía llega a la atmósfera terrestre interactúa con los átomos que la forman, chocando con los gases y liberando electrones. Este proceso excita los átomos y crea nuevas partículas. Estas, a su vez, chocan con otras produciéndose una serie de reacciones nucleares, que originan nuevas partículas que repiten el proceso en cascada. Así puede formarse una cascada con más de 1011 nuevas partículas.

La mayor parte de las partículas que llegan a la superficie terrestre son neutrinos (muy difíciles de detectar y para lo cual existen diversos experimentos dedicados a ello) y muones fácilmente detectables por los detectores de partículas del LHC.

Estos muones cósmicos (cientos de ellos atraviesan nuestro cuerpo cada hora) son una excelente fuente de partículas para la probar y poner a punto los detectores de partículas: calibración y sincronización de las señales de los diferentes subdetectores, electrónica, toma de datos, alineamiento, algoritmos de reconstrucción… Tareas no triviales que suponen un gran trabajo para poder tener los detectores listos para las primeras colisiones.

Cuando uno de estos muones atraviesa el detector CMS, las señales eléctricas y digitales provenientes del experimento son transformadas a imágenes como la que se muestra en la figura. Para ello el CERN ha desarrollado un complejo software de visualización denominado Iguana.

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10 Replies to “Muones cósmicos en CMS”

  1. Por favor, corrígeme si me equivoco, pero entiendo que lo que dices es que un muon exterior a la tierra a atravesado el CMS y este lo ha detectado, incluso estando a 100 metros bajo tierra, seguro que a vosotros no os impresiona demasiado, pero para mi es alucinante.

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  2. Hola David,
    en verdad lo que proviene de fuera de la tierra son los denominados rayos cosmicos. Cuando penetran en la atmosfera terrestre interaccionan con los atomos de esta y dan lugar a la formacion de una cascada de nuevas particulas que viajan hacia la superficie. La mayoria de las particulas que alcanzan la superficie terrestre son neutrinos, que apenas interaccionan con la materia e incluso pueden atravesar la tierra completamente, y muones, como el que os muestro el post.
    Asi que lo que detectamos indirectamente son los rayos cosmicos a traves de las partiuculas secundarias que se producen cuando penetran en nuestra atmosfera.
    Nos atraviesan cientos de estos muones cada hora!!!
    Espero haberte aclaro algo 🙂

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  3. Buenas,

    Me gustaría daros las gracias por este blog sumamente informativo e interesante. Da gusto ver que la tierra patria da científicos de vuestro calibre que además tienen el buen hacer de informar a los que no somos duchos en esto de la física de partículas.

    En segundo lugar, felicitaros de antemano por todo el experimento que es super emocionante y desearos mucha suerte en el momento clave, que será cuando se inicien las colisiones. A ver si descubrís muchas cosas y me fabricáis un motor de antimateria de esos que en teoría tienen una eficiencia del 100% y me olvido de la crisis y del petroleo xD

    Ahora en serio, os deseo mucho éxito, diga lo que diga Hawkins. ¡Ese bosón no podrá ocultarse por mucho tiempo! 😉

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  4. Es muy interesante.
    ¿Interferirá la detección de los muones a la hora de tomar medidas de otras partículas más adelante?
    ¿De qué manera corregis el efecto que puedan tener los muones en los detectores?

    Si se te ocurre cualquier otra consideración a raiz de mis preguntas por mí no te cortes.

    un saludo

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  5. Hola,

    tienes mucha razon con la pregunta que nos haces. Cuando tengamos colisiones no solo produciran senyales en los detectores las partículas que se procedentes de ellas, tendremos ademas otras fuentes como son los propios muones cósmicos o las partículas que el propio haz de protones produce (denominado beam halo) entre otras. Estas señales son consideradas como una especie de fondo respecto a la senyal.

    Por otro lado de todas las partículas que se produciran en la colision, solo una proporcion muy pequena de ellas sera interesante para los estudios de fisica que se llevaran a cabo en los detectores. Por ello, como en el caso de CMS, se ha desarrollado un complejo sistema de selección, denomindo sistema Trigger. Para poder explicar este sistema necesitaria muchos pots :-), pero se una manera muy muy simplificada puedo decir que este sistema es capaz de seleccionar aquella parte de los datos recogidos que son interesantes desde el punto de vista de los analisis de fisica y almacenar permanentemente dicha informacion para realizar un analisis mas exhaustivo a posteriori. Claramente no podemos eliminar todo el fondo, lo que nos interesa es que tener una senyal interesante suficientemente grande respecto al fondo. Todo esto se hace cada vez que se produce una colision, cada 25 nanosegundos en el caso del LHC.

    No se si te he aclaro algo tus dudas. Tu dime!!

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  6. Sí, has aclarado mi duda.

    Me has confirmado que tendreis/teneis mucho ruido de fondo y que teneis forma de “filtrar” lo que mas os interesa.
    ¿El sistema Trigger, sin entrar a fondo y en detalle, es sólo software o también hay una separación por medios físicos? (Google no me ha sacado de dudas)

    Gracias por la aclaracion y por darle seguimiento a los comentarios.
    salu2

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  7. Hola,
    me dejas impresionada con tus preguntas! Dame tiempo e intento explicarte un poco mas.
    Salu2

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  8. El sistema trigger es una combinación de varias capas de filtros. Digamos que hay más que son de grano gordo y otros de grano fino. Cada uno de los detectores tiene su propio sistema optimizado para el tipo de cosas que quiera buscar. En el caso particular de LHCb (desconozco el detalle de los demás) el trigger es una mezcla de software y hardware. La primera criba (o Level 0 ) la realiza el hardware porque es de respuesta mucho más rápida y no tienes que guardar la información para analizarla. Lo que pasa esta primera selección se analiza con software (High Level Trigger) y es lo que sale de aquí lo que se analizará posteriormente.

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  9. Parece que el tema del trigger da para una entrada por sí mismo.

    Gracias por la atención.

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