El Detector LHCb

LHCb (que procede de las siglas “Large Hadron Collider beauty experiment”) es uno de los seis detectores de partículas instalados en el LHC (Large Hadron Collider) del CERN. LHCb es un experimento especializado en física del quark b, algunos de cuyos objetivos son la medida de parámetros de violación de simetria CP en las desintegraciones de mesones B o la medida de precisión de las fracciones de desintegracion (“branching ratios”) de algunos procesos extremadamente infrecuentes.

La geometría de LHCb es completamente diferente a la de los otros grandes detectores de LHC (ATLAS, ALICE y CMS). Esto es debido a que las colisiones de protones en la zona de interacción produciran parejas de quarks b anti-b, que posteriormente hadronizarán, en una región muy estrecha cercana al cono del haz de protones original. De hecho, se pueden producir o bien formando un ángulo casi 0º con la dirección del haz o formando un ángulo de casi 180º. Así, solamente la mitad de las partículas con contenido en quarks b podrán ser detectadas. De esta manera la geometría del detector LHCb se puede describir como un espectrómetro de un único brazo, formado por subdetectores planos perpendiculares al haz incidente.

El detector LHCb tiene una cobertura angular entre 10 y 300 miliradianes (mrad), en la dirección horizontal, y de 250 mrad en el plano vertical. Esta asimetría es debida al gran imán dipolar presente en el detector,que tiene su componente principal en la dirección vertical.

Los principales subdetectores de LHCb son:

*** El detector de vértices o VELO (del inglés VErtex LOcator) está situado alrededor de la zona de interacción de protones. Se emplea para determinar la trayectoria de las partículas cerca del punto de interacción, con el objetivo fundamental de separar los vértices primarios (punto donde se generan los mesones B) de los secundario (donde éstos se desintegran). La distancia de vuelo de estas partículas es de unos 1cm en promedio, por lo que este detector debe tener una gran resolución espacial. Esta formado por sensores, cada uno de ellos compuesto de detectores de Silicio y dispuestos en forma de finas tiras, que miden las coordenadas polares (de simetría cilíndrica) r y phi.

*** RICH-1 y RICH-2 (“Ring Imaging Cherenkov detector”). Su objetivo es el de identificar las partículas que lo atraviesan. Existen dos subdetectores diferentes para poder cubrir un mayor espectro en momento de las partículas (hasta 100 GeV/c). Esto hace que para tener la misma resolución se necesiten dos materiales diferentes según la región de momento que se quiere estudiar. En el caso del primero de éstos, esta optimizado para la separación de trazas de bajo momento utilizando C4F10, mientras que el segundo utiliza aerogel.

*** Tracking stations. El sistema principal de trazas se encuentra posicionado a ambos lados del imán dipolar y esta formado por el VELO, el Trigger Tracker y el Outer Tracker. Sus usos son la reconstrucción de las trazas correspondientes a particulas cargadas, así como la medida de su momento.

*** Calorímetro Electromagnético. Su misión es la medida de la energía de las partículas. Para ello, frenan totalmente la mayoria de las partículas, detectándose la energía depositada. Esta formado por 3 subdetectores: SPD (Scintillator Pad Detector), PRS (PRe-Shower detector) e ECAL (Electromagnetic CALorimeter). El primero (SPD) sirve para distinguir entre partículas cargadas y partículas neutras utilizandose su información como primer nivel de trigger. El segundo (PRS) se encarga de iniciar las cascadas electromagneticas que se acabarán de medir en el ECAL. Estan formados por una capa (en el caso de SPD y PRS) consecutivas de material centelleador y material radiante (plomo o hierro), mientras que el ECAL está constituido por varias de estás capas.

*** Calorímetro Hadrónico (HCAL). De similar estructura y funcionamiento que el calorímetro electromagnético, éste está optimizado para medir la energía de los hadrones que llegan hasta él.

*** Cámaras de Muones. Son el subdetector más externo formado por cinco cámaras de trazas (Contadores proporcionales multihilo o MWPC), siendo su misión la de detectar las partículas que atraviesen el sistema de calorímetros, que serán principalmente muones. Su información se utiliza tanto en la reconstrucción de los sucesos como para los mecanismos de trigger.