Estudio de ruido producido por neutrones térmicos en las cámaras RPC de CMS

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(1)Estudio de Ruido Producido por Neutrones Térmicos en las Cámaras RPC de CMS. Diego Alejandro Roa Romero. Tesis presentada como requisito para optar al tı́tulo de: Magı́ster Ciencias-Fı́sica. Director: Dr. Rer. Nat Bernardo Gómez Universidad de los Andes Facultad de Ciencias Departamento de Fı́sica Bogotá, D.C., Colombia 2007.

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(3) Diego Alejandro Roa Romero. Dr. rer. nat. Bernardo Gómez Director.

(4) iv.

(5) Agradecimientos No puedo negar que mi vida ha estado colmada de buenas oportunidades y el paso por la Universidad de Los Andes ha sido una de ellas. Aquı́ no solo he recibido lecciones acerca de fı́sica, sino también útiles experiencias de vida, goticas de experiencia. Es preciso entonces agradecer a Dios, a la vida, por permitirme hacer lo que he querido y darme las facultades para hacerlo de manera satisfactoria. A mis padres, Luı́s y Aura, quienes gracias a su esfuerzo y ejemplo lograron termiar con exito la difı́cil empresa de sacar adelante un hogar. A mis hermanos y sobrinos, quienes siempre han estado ahı́ para brindar su apoyo y crear algunos problemas. Al Departamento de Fı́sica y a la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes, por darme la opción de haber aprendido algo de fiı́sica y otras cosas más y por permitirme ser parte del grupo de personas que los conforman. A mi director de tesis, el profesor Bernardo Gómez, por compartir algo de toda su experiencia y conocimentos conmigo. Al profesor Juan Carlos Sanabria, la primera persona que me acogió en la universidad, quien ha aportado valiosas ideas a este trabajo y ha estado siempre pendiente de su desarrollo. A Luz Stella, espero haber escrito bien tu nombre, por ser la persona que siempre ha estado a mi lado haciendo que la maestrı́a sea una experiencia alegre y más valiosa. Gracias por tu amistad y por tu honestidad. A mis amigos y compañeros, Nicolás, Hector Mauricio, Ignacio, Javier, David y los demás. i.

(6) Agradecimientos que en este momento olvido, por estar siempre dispuestos a colaborar en las dificultades y a ser cómplices en los buenos ratos. A Gustavo Orozco, con sus buenas ideas para el desarrollo de esta tesis y por ser tan buen amigo y a Maria Elena por brindarme su ayuda, su compañia y estar siempre ahı́ para escuchar.. ii.

(7) Resumen En este trabajo se analiza la producción y propagación de neutrones térmicos en el detector CMS del colisionador LHC en CERN. Además se estudia el efecto de estos neutrones en los detectores de muones de CMS, concretamente en las cámaras de placa resistiva (RPC). Debido a la alta energı́a y luminosidad del colisionador LHC, se producen muchos neutrones con diferentes valores de energı́a. Estos neutrones viajan dentro del detector interactuando con los materiales a su paso, termalizándose y alcanzando las regiones exteriores de CMS donde se encuentran los detectores de muones. Los neutrones térmicos pueden producir señales en estos detectores, debido a efectos de captura, generando ası́ ruido que interfiere con la detección de muones. En este trabajo se estudia el ruido debido a los neutrones térmicos por medio de simulaciones básicas de la producción, propagación y captura de los mismos dentro del detector. Se encontró que el flujo de neutrones en las regiones donde se encuentran las cámaras de muones está por debajo del valor de saturación de las cámaras RPC en la zona central (barril). En las regiones frontales (endcaps) el flujo de neutrones encontrado es mayor llegando a los rangos lı́mite de saturación de las cámaras. Se estudió la razón entre flujo de muones y neutrones térmicos en las regiones de cámaras de muones y la razón entre la señal producida por neutrones térmicos y muones en una cámara RPC.. iii.

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(9) Contenido. v.

(10) Contenido. Agradecimientos. I. Resumen. III. Lista de figuras. XI. Lista de Tablas. XIII. Introducción. XIV. 1. El Compact Muon Solenoid 1.1. Tracker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.2. Calorı́metro Electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.3. Calorı́metro Hadrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.4. Solenoide y Yugo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 1.5. Cámaras de Muones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 12. 1.6. Neutrones en CMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14. 2. Cámaras de Placa Resistiva. vi. 1. 17. 2.1. Descripción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18. 2.2. Principio de Operación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19.

(11) Contenido 2.3. Efecto de Neutrones Sobre las Cámaras RPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Simulación de la Colisión Protón-Protón. 22 25. 3.1. Distribuciones de los productos de la Colisión Protón-Protón . . . . . . . . .. 27. 3.2. Selección de las Partı́culas para la Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34. 4. Simulación del Detector CMS. 38. 4.1. Programa Implementado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 4.2. Geometrı́a de la Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 4.2.1. Tracker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 4.2.2. Calorı́metro Electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41. 4.2.3. Calorı́metro Hadrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41. 4.2.4. Solenoide y Yugo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42. 4.2.5. Cámaras de Muones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42. 4.3. Producción de Neutrones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44. 4.4. Propagación de Neutrones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 45. 4.5. Neutrones Térmicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 5. Simulación RPC. 68. 5.1. Programa Implementado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68. 5.2. Resultados Simulación RPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 69. 6. Recomendaciones y Conclusiones. 76. 6.1. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 6.2. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78. A. Simulaciones de la colisión Protón-Protón A.1. Partı́culas Producidas en la Colisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 80 80. vii.

(12) Contenido A.2. Momentum y Energı́a de las Partı́culas Escogidas . . . . . . . . . . . . . . . B. Simulación del Detector CMS. 100 102. B.1. Programa Principal de la Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 102. B.2. Geometrı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 103. B.3. Fı́sica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 132. C. Simulación de la RPC. 144. C.1. Programa Principal de la simulaciı́on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 144. C.2. Geometrı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 146. C.3. Fı́sica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 149. viii.

(13) Lista de Figuras 1.1. Vista general del detector CMS. (a) Vista total en perspectiva del detector. (b) Corte longitudinal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3. 1.2. Distribución de los detectores “pixeles”. La geometrı́a es de cilindros (barril) con tapas (endcaps) al igual que los demás detectores de CMS. . . . . . . . .. 4. 1.3. Corte lateral de la mitad derecha de los detectores de microcintas de silicio. Los minidiscos están introducidos en las capas del barril. . . . . . . . . . . .. 5. 1.4. La posición de los cristales de P bW O4 es tal que quedan de frente al punto de interacción. En la figura, los cristales se ven como rectángulos que se van inclinando. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. 1.5. Las placas de cobre y acero del calorı́metro hadrónico se agrupan en forma trapezoidal. Los módulos asi formados se arman para formar el barril. . . . .. 9. 1.6. Vista frontal del barril del yugo. El barril en su totalidad se construye colocando cinco anillos (ruedas) con esta forma. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. 1.7. Corte de una de las cavidades de un tubo de deriva. . . . . . . . . . . . . . .. 13. 1.8. Esquema de las cámaras catódicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14. 2.1. Esquema básico de una cámara RPC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19. 2.2. Configuración de una RPC de doble gap. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 2.3. Principio de funcionamiento de una RPC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21. ix.

(14) Lista de Figuras 2.4. Sección eficaz de absorción de neutrones. a) 63 Cu, b)56 F e c)207 P b[35]. Se nota que a bajas energı́as la probabilidad de captura crece casi a los mismos valores de las resonancias nucleares. Estos materiales son abundantes dentro del detector CMS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 3.1. Distribuciones angulares para los neutrones producidos en la colisión protónprotón. a)Ángulo azimutal, para el cual la distribución es uniforme. b) Ángulo polar, para el cual se ve que la mayorı́a de los neutrones salen dispersados en la dirección de los haces incidentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30. 3.2. Discriminación de los neutrones producidos en la colisión protón-protón. . .. 31. 3.3. De izquierda a derecha, los porcentajes de los neutrones dispersados hacia el tubo, el endcap y el barril. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32. 3.4. Histograma con la distribución de energı́a para los neutrones. . . . . . . . . .. 33. 4.1. Corte lateral de la estructura implementada para el yugo. Los enddcaps se tratan de un anillo y un cilindro alrededor de los cuales se encuentran los discos de los endcaps. El material en rojo es hierro. . . . . . . . . . . . . . .. 43. 4.2. Se muestra de izquierda a derecha, la producción de neutrones en el calorı́metro hadrónico frontal, el calorı́metro hadrónico interno, el calorı́metro electromagnético y el yugo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46. 4.3. Producción de neutrones en el ECAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 4.4. Producción de neutrones en el HCAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48. 4.5. Producción de neutrones en el HCALF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49. 4.6. Producción de neutrones en el yugo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. 4.7. Esquema de las superficies definidas para cuantificar la propagación de neutrones. 51 4.8. De izquierda a derecha se presenta el flujo de neutrones del tracker al ECAL, del ECAL al HCAL y del HCAL al solenoide. . . . . . . . . . . . . . . . . .. x. 53.

(15) Lista de Figuras 4.9. Distribución de energı́a de los neutrones que salen del tracker. . . . . . . . .. 54. 4.10. Distribución de energı́a de los neutrones que salen del ECAL. . . . . . . . . .. 55. 4.11. Distribución de energı́a de los neutrones que salen del HCAL. . . . . . . . .. 56. 4.12. De izquierda a derecha se presenta el flujo de neutrones posterior a la primera, segunda, tercera y cuarta capas del yugo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57. 4.13. Distribución de energı́a de los neutrones en cada una de las capas del barril del yugo. a) Primera, b) Segunda, c) Tercera. . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 4.14. Flujos para cada región de cámaras de muones en los endcaps. La columna mas a la derecha representa el endcap mas cercano al HCALF. . . . . . . . .. 60. 4.15. Distribución de energı́a de los neutrones en cada una de las capas endcap del yugo. a) Primera, la mas cercana al barril, y b) Segunda, . . . . . . . . . . .. 61. 4.16. Distribución de energı́a de los neutrones en cada una de las capas endcap del yugo. a) Tercera. b)Cuarta, la capa más cercana al HCALF. . . . . . . . . .. 62. 4.17. Esquema de la nomenclatura utilizada para las regiones de cámaras de muones. 63 4.18. Cocientes entre flujo de muones y flujo de neutrones térmicos para cada una de las regiones de cámaras de muones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. 5.1. Comportamiento de la eficiencia respecto del campo eléctrico. . . . . . . . .. 71. 5.2. Comportamiento del cociente eµ /en respecto del campo eléctrico. . . . . . . .. 72. xi.

(16) Lista de Tablas. 3.1. Partı́culas que mas se produjeron en la colisión protón-protón y que en total representan un 95 % de la muestra. Estas partı́culas solo alcanzan el calorı́metro electromagnético. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 3.2. Energı́as máximas fijadas para las partı́culas provenientes de la colisión. . . .. 34. 3.3. Alcances máximos de las part́iculas producto de la colisión protón-protón. . .. 36. 3.4. Partı́culas escogidas para la simulación y sus energı́as promedio. . . . . . . .. 37. 4.1. Producción de neutrones en CMS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44. 4.2. Propagación de neutrones en los detectores internos al solenoide. . . . . . . .. 52. 4.3. Propagación de neutrones en los endcaps de las cámaras de muones. Se tomó el promedio de los valores de flujo a ambos lados del barril. . . . . . . . . . . .. 52. 4.4. Flujos de neutrones y razón entre muones y neutrones para las regiones de cámaras de muones del barril. En algunos casos no hubo flujos de neutrones o fueron muy pequeños en regiones como B22 y B12 . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 4.5. Flujos de neutrones y razón entre muones y neutrones para las regiones de cámaras de muones en el endcap D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. 4.6. Flujos de neutrones y razón entre muones y neutrones para las regiones de cámaras de muones en el endcap I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. xii. 65.

(17) Lista de Tablas 5.1. Resultados de conteos para diferentes campos eléctrico aplicados en la simulación de una RPC. Coc. en /n se refiere al cociente entre electrones contados para neutrones incidentes y neutrones incidentes. Coc. en /eµ se refiere al cociente entre electrones contados para neutrones incidentes sobre electrones contados para muones incidentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70. 5.2. Índice de ruido en las cámaras de las regiones del barril. Los valores para B12 y B22 no se colocan por no ser confiables por falta de información sobre el flujo de neutrones incidente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74. 5.3. Índice de ruido en las cámaras de las regiones del endcap D. . . . . . . . . .. 75. 5.4. Índice de ruido en las cámaras de las regiones del endcap I. . . . . . . . . . .. 75. xiii.

(18) Introducción En este trabajo se trata el problema de la producción y propagación de neutrones dentro del experimento Compact Muon Solenoid (CMS) del Large Hadron Collider (LHC) en CERN y cómo estos neutrones cuando alcanzan rangos muy bajos de energı́a, afectan los detectores de muones del experimento, concretamente las Cámaras de Placa Resistiva. En la actualidad, la teorı́a que mejor describe las interacciones entre las partı́culas elementales de las que está constituido el universo es el Modelo Estandard de Partı́culas Elementales. Este modelo logra dar una explicación satisfactoria de las interacciones nucleares fuerte y débil y de la interacción electromagética, todas en una única estructura. El exito de éste modelo radica en que las prediciones hechas gracias a él han sido corroboradas experimentalmente. Sin embargo en el Modelo Estandard, la masa de las partı́culas elementales aparece introduciendo mecanismos que suponen la existencia de una partı́cula adicional, el bosón de Higgs, el cual todavia no se ha observado experimentalmente. Se espera que el bosón de Higgs aparezca en experimentos con energı́as del orden de TeV[1]. El experimento mas importante en la búsqueda del origen de la masa de las partı́culas elementales es LHC. El objetivo principal de este acelerador es encontrar el bosón de Higgs o en su defecto encontrar nuevas pistas que permitan una generalización del Modelo Estandard. En LHC, se tienen dos haces de protones viajando a una energı́a de 7 TeV[2]. Cuando los protones chocan a estas energı́as, entran en juego las interaciones entre sus partı́culas componentes (quarks y gluones). En estas condiciones después de la colisión aparecen gran. xiv.

(19) variedad de partı́culas producto, que podrı́an ser detectadas para poder estudiar los procesos e interaciones que las originaron. Por medio de CMS se encontrará nueva fı́sica, a través de elementos ya conocidos. CMS no detecta directamente las nuevas partı́culas y procesos, sino que identifica partı́culas “familiares” y mide sus variables cinemáticas y dinámicas. Estas mediciones se pueden asociar a los procesos concernientes a las nuevas partı́culas que se quieren encontrar. Es decir que CMS está diseñado para identificar partı́culas tales como electrones, muones, fotones, mesones, protones que resulten de la colisión de protones en LHC. Aunque CMS puede identificar varios tipos de partı́culas, dentro de su diseño, se ha enfatizado en la detección de muones [3]. Para el bosón de Higgs hay predichos varios canales de decaimiento cuya mayor o menor probabilidad está relacionada con su masa la cual todavia es desconocida. Dentro de los canales predichos, hay algunos que tienen como subproducto, muones. Los muones tienen la caracterı́stica de perder poca energı́a atravezando materiales cuando viajan a altas energı́as. Por lo tanto pueden ser detectados en regiones en las que las otras partı́culas no alcanzan a llegar, haciendo de este un canal muy limpio para hacer medidas. Teniendo en cuenta esta propiedad, los detectores externos de CMS son los detectores de muones. Se espera que las únicas partı́culas identificables,1 producidas en la colisión, que alcancen los detectores de muones, sean precisamente los muones. Sin embargo gracias a la energı́a de la colisión y a que en LHC se va a alcanzar alta luminosidad, va a existir producción de partı́culas en el detector mismo. Todas las regiones del detector se van a ver afectadas por este fenómeno y los detectores de muones no son la excepción. Se espera que aparezcan señales debidas a estas partı́culas adicionales que no son producto de la colisión. Estas señales pueden constituirse en ruido en los detectores. 1. En la colisión se pueden producir neutrinos que no se pueden detectar.. xv.

(20) Introducción Dentro de las partı́culas que se pueden producir hay neutrones. Los neutrones dentro de CMS pueden provenir de fuentes externas, como el tubo por donde viajan los haces de protones, o provenir de la interacción de la radiación de la colisión con los materiales de CMS[4]. Esto consiste en que los productos de la colisión protón-protón, pueden ser tan energéticos que al impactar sobre los componentes del detector, darán origen a mas partı́culas y éstas a su vez pueden repetir el proceso, aumentando la cantidad de partı́culas viajando en el material en un fenómeno conocido como “cascada”. Estas cascadas pueden ser de varios tipos, pero en particular se tratarán las cascadas hadrónicas, en las cuales las partı́culas que aumentan el flujo son hadrones debidos a reacciones nucleares entre el material del detector y la radiación incidente. Entre de estos hadrónes producidos están los neutrones. Los neutrones tienen la caracterı́stica de que al no interactuar eléctricamente, se ven con mayor libertad para moverse en el material por no estar afectados por cargas cercanas. Si la energı́a de estos neutrones es del orden de MeV o más, simplemente chocarán con los núcleos a su paso perdiendo energı́a. Estas colisiones pueden ser elásticas o inelásticas. Los neutrones pueden ser absorbidos por núcleos cercanos, pero la probabilidad de que esto ocurra es inversamente proporcional a su velocidad. Entonces las colisiones pueden continuar hasta que los neutrones tengan la misma energı́a de agitación térmica del material. Estos neutrones se conocen como neutrones térmicos.[5] En este rango de neutrones térmicos, el comportamiento es de partı́culas que se propagan sin interatuar entre sı́, es decir que se difunden como un gas. Pero al difuminarse se encuentran en presencia de muchos núcleos que los pueden capturar fácilmente. En este sentido los neutrones directamente no representan ningún problema, ya que tienen un alcance corto dentro del material y no tienen carga, entonces no deberı́an afectar los detectores. Su efecto es indirecto y consiste en que al ser capturados por un núcleo, se puede emitir un fotón. La energı́a del fotón emitido depende del núcleo que atrapa al neutrón y para los fotones más. xvi.

(21) energéticos puede ir desde los keV hasta los MeV[6]. Emitidos los fotones éstos pueden ionizar átomos cercanos o pueden crear un par electrón positrón. Estos electrones libres no se distinguen de los electrones producidos por el paso de muones. Es ası́ que los neutrones pueden ser causa de señales equı́vocas que son percibidas como ruido. Para estudiar la producción y propagación de neutrones dentro de CMS se llevó a cabo la simulación de colisión protón-protón para conocer las partı́culas participantes en la producción de neutrones en CMS. Posteriormente se realizó una simulación simple del detector en presencia de la radiación de la colisión y por último se simuló la respuesta de una cámara RPC en presencia de muones y de neutrones térmicos. Existen otras fuentes de ruido para las cámaras RPC, tales como muones y fotones producidos en el tubo del acelerador. En este trabajo solo se aborda el estudio de ruido producido por neutrones térmicos. El estudio de ruido por neutrones térmicos resulta interesante ya que estos son partı́culas con alta producción dentro de CMS y no tienen un efecto directo en la generación de ruido haciendo de este proceso un tema muy atractivo. En el capı́tulo 1, se trata la geometrı́a y componentes del detector CMS. En el capı́tulo 2, se describe una cámara RPC y su funcionamiento. En el capı́tulo 3 se describe la simulación de la colisión protón-protón implementada y se muestran los resultados. En el capitulo 4 se describen las simulaciones de CMS y sus resultados. En el capı́tulo 5 se muestra la simulación de la cámara RPC y se muestran los resultados. Por último están las conclusiones y recomendaciones para futuros estudios.. xvii.

(22) Introducción. xviii.

(23) 1 El Compact Muon Solenoid El LHC es un doble anillo de 27 km de circunferencia. Acelerará dos haces de protones circulando en direcciones contrarias a una energı́a de 7 TeV con una luminosidad de 1034 s−1 cm−2 . Se espera un cruce de haces de protones cada 25 ns con un promedio de 20 colisiones por cruce. En cuatro de los puntos de interacción del anillo se encuentran los experimentos ALICE, ATLAS, LHCb, y CMS[2]. CMS es un conjunto de instrumentos de detección colocados en geometrı́a de cilindro con tapas[7]. Los detectores en cilindros conforman el barril y los que están en las tapas conforman los “endcaps”. CMS mide 21,5 metros de largo por 15 metros de diámetro. Dentro del detector se encuentra un solenoide que proporciona un campo magnético de 4 Tesla en dirección paralela al haz de partı́culas (Figura 1.1). El campo magnético sirve como herramienta de identificación de las partı́culas cargadas. Estas ven deflectada su trayectoria en presencia del campo. Esta deflección es tal que solo las partı́culas mas rápidas tendrán un recorrido apreciable, porque las demás se van a encontrar confinadas cerca al punto de colisión sin alcanzar ninguno de los detectores. Con esto se asegura que las partı́culas detectadas son partı́culas relativistas. Entonces es posible obtener su masa en reposo si se conoce su momentum y su energı́a. Conociendo el valor del campo y el radio de curvatura de la trayectoria se puede obtener información del momentum. Es por esto que el detector más interno de CMS conocido como tracker, se encarga de reconstruir la trayectoria de las partı́culas producidas en la colisión.. 1.

(24) 1 El Compact Muon Solenoid Para conocer la energı́a se utilizan los calorı́metros. Estos detectores detienen las partı́culas y permiten medir la energı́a depositada por éstas al ser detenidas. Los calorı́metros y el tracker se encuentran al interior del solenoide. Fuera de este están las cámaras de muones. Todo el dispositivo anteriormente descrito, se encuentra soportado por una estructura de hierro llamada yugo, que también sirve para desviar el campo magnético fuera del solenoide, intentando que sea uniforme. En las siguientes secciones se describirán con mas detalle cada uno de estos elementos. En la Figura 1.1, en naranja se encuentra el tracker, verde, el calorı́metro electromagnético (ECAL), lila, el calorı́metro hadrónico (HCAL), gris, el solenoide, amarillo el yugo. El calorı́metro hadrónico frontal (HCALF) se encuentra fuera del yugo y su blindaje aparece en color rosado. η es la pseudorapidez.1. 1.1.. Tracker. El tracker es el dispositivo encargado de obtener las trazas de las partı́culas producto de la colisión para asociarlas con señales obtenidas por detectores mas externos[8]. El tracker se divide en tres subdetectores: el sistema de pixeles detectores, las microcintas de silicio y las microcámaras de gas. Estos detectores se encuentran uno dentro del otro, de adentro hacia afuera en el orden mencionado. Los pı́xeles son detectores de estado sólido, consistentes en un sustrato de silicio tipo p entre dos capas, una de silicio p+ y otra de silicio n+ . La capa de silicio n+ está dividida en cuadritos de 150µm de lado. El espesor del conjunto de capas es de 250µm. Al paso de una partı́cula cargada se crea una cascada de electrones que viajan hacia el silicio n+ , produciendo señal. El silicio se encuentra sobre un dispositivo electrónico de 180µm de espesor. Soportando todos estos elementos se encuentra una capa de fibra de carbono de 270µm. Estos materiales 1. 2. η se define como η = −ln(tan(θ/2)).

(25) 1.1 Tracker (a). (b). Figura 1.1: Vista general del detector CMS. (a) Vista total en perspectiva del detector. (b) Corte longitudinal. 3.

(26) 1 El Compact Muon Solenoid. Figura 1.2: Distribución de los detectores “pixeles”. La geometrı́a es de cilindros (barril) con tapas (endcaps) al igual que los demás detectores de CMS. vienen dispuestos en forma de placas llamadas módulos. En la parte del barril, los módulos tienen 52,65 cm de largo y 24 cm de ancho. Para lograr la forma cilı́ndrica, se apoyan sobre soportes en aluminio que además sirven como conductos de refrigeración. En el barril se tienen dos capas, la primera de 4 cm de radio y la segunda de 7 cm de radio. Para los endcaps, los módulos tienen forma de cuña, para ser armados en forma de disco. Los discos de los endcaps tienen un radio interior de 6 cm y un radio exterior de 15 cm. Hay cuatro discos, dos a cada lado del barril y que se encuentran colocados a 32,5 y 46,5 cm del centro del mismo. (Figura 1.2) Las microcintas de silicio consisten en una capa de silicio tipo n de 300 µm de espesor[12]. El sustrato tiene implantadas cintas de silicio tipo p+ . También hay cintas de silicio tipo n+ . El concepto para medir la posición de una partı́cula consiste en que al paso de ésta, se forman cascadas de electrones y huecos. Los electrones viajan hacia las cintas de silicio p+ y los huecos hacia los contactos de tipo n+ . Midiendo la diferencia de tiempo entre la llegada de cargas a los contactos n+ y p+ se obtiene información acerca de la posición de la partı́cula ionizante. Estos detectores se encuentran sobre capas de fibra de carbono de 0,5 mm de espesor, que forman módulos como en el caso de los pı́xeles.. 4.

(27) 1.1 Tracker. Figura 1.3: Corte lateral de la mitad derecha de los detectores de microcintas de silicio. Los minidiscos están introducidos en las capas del barril.. El conjunto completo de detectores de microcintas se encuentra distribuido en cinco capas cilı́ndricas y seis minidiscos en el barril y diez discos a cada lado para los endcaps. (Figura 1.3). En el barril, las capas están uniformemente distribuidas entre un radio mı́nimo de 21 cm y un radio máximo de 63,5 cm. La longitud del barril es de 173 cm. Las primeras dos capas tienen una longitud de 93,2 cm para dar espacio a los minidiscos. Los minidiscos tienen un radio interno de 21,8 cm y radio externo de 35,4 cm. Los endcaps son discos con un radio interno mı́nimo de 21 cm y radio externo de 63,5 cm. Las microcámaras de gas son contadores proporcionales a pequeña escala. La cámara consiste en un sustrato de vidrio de 0,3 mm sobre el cual se incrustan cintas de oro de 0,6 µm. Las cintas son paralelas entre si y entre ellas se coloca una diferencia de potencial de 520 V, alternando, de modo que un ánodo se encuentre entre dos cátodos. La cámara la completan. 5.

(28) 1 El Compact Muon Solenoid paredes de polı́mero y una placa de fibra de carbono conductora que hace las veces de otro ánodo, con una diferencia de potencial de 3500 V con los cátodos de oro y a 3 mm del vidrio. La cavidad se llena con di-metil-eter como gas de ionización. Las cámaras forman módulos de 11 cm de ancho y pueden tener entre 125 y 250 cm de largo. En el barril, los módulos son colocados formando seis capas cilı́ndricas de radios entre 70 cm y 120 cm. La longitud de estas es de 552 cm. Cada endcap tiene 11 discos con radio interno de 70 cm y radio máximo de 116 cm. El disco más externo se encuentra a 276 cm del centro de todo el sistema.. 1.2.. Calorı́metro Electromagnético. La tarea del calorı́metro electromagnético (ECAL) es medir la energı́a de los fotones, electrones y positrones que resulten del la colisión protón-protón. Con esto se intenta identificar el bosón de Higgs, cubriendo los canales que resulten en decaimientos leptónicos o en fotones[1]. Los componentes principales del calorı́metro electromagnético son los cristales centelleadores de tungstenato de plomo (P bW O4 ). Los cristales son prismas de 23 cm de largo y de aproximadamente 2,2 × 2,2 cm2 de frente. Estos se colocan en módulos de diez cristales. Los módulos son colocados de modo tal que la cara frontal del cristal queda casi perpendicular a la lı́nea que va desde el punto de interacción hasta donde se encuentra el cristal (Figura 1.4). En el barril, cada cristal está conectado a un fotodiodo de avalancha. En el caso del endcap, los cristales están conectados a triodos de vacı́o. Los cristales de barril forman un tubo de 129 cm de radio interno y 152 cm de radio externo. Exterior a estos cristales se encuentra la electrónica para adquisición de datos y un sistema para control de temperatura que se conoce como grilla y que consiste de disipadores de calor en aluminio. La grilla también sirve de soporte para los cristales de P bW O4 . Los disipadores de la grilla tienen un espesor máximo de 5 cm. Los endcaps del calorı́metro electromagnético se encuentran a 317. 6.

(29) 1.2 Calorı́metro Electromagnético. Figura 1.4: La posición de los cristales de P bW O4 es tal que quedan de frente al punto de interacción. En la figura, los cristales se ven como rectángulos que se van inclinando.. 7.

(30) 1 El Compact Muon Solenoid cm del punto de interación. Son discos 171,1 cm de radio externo y 73 cm de largo. El radio interno es de 31,6 cm. Los cristales vienen empotrados en un disco de aluminio y sobre los cristales se encuentra otra grilla análoga a la del barril. Entre el tracker y el calorı́metro electromagnético se encuentra el preshower detector, que tiene como función principal distinguir los dos fotones producto del decaimiento de mesones π0 de otros fotones, ya que los detectores de P bW O4 no poseen la suficiente resolución para distinguir estos dos fotones y los perciben como si fueran uno solo. El preshower inicialmente será un detector en el endcap y es un disco de radio interno 45,7 cm y 123 cm de radio externo que se encuentra entre los endcaps del tracker y del calorı́metro electromagnético. Está compuesto de una capa de 40 mm de parafina, 10 mm de espuma aislante, 10 mm de plomo y 2 mm de aluminio.. 1.3.. Calorı́metro Hadrónico. En una colisión de hadrones a altas energı́as se busca la fragmentación de las partı́culas incidentes. Al desarmar un hadrón, las partı́culas que lo constituı́an (quarks y gluones) no pueden existir como entes libres, sino que tienen que conformar otro nuevo hadrón. Los nuevos hadrones ası́ materializados salen expulsados del punto de colisión formando conos conocidos como “jets”[9]. Los productos que salen en los jets se pueden medir para obtener información de los procesos en la colisión. El dispositivo encargado de medir la energı́a de los jets en CMS es el calorı́metro hadrónico (HCAL)[10]. Éste se divide en cinco piezas importantes. El barril, los endcaps y los calorı́metros hadrónicos frontales. Los detectores consisten en varias placas de aleación de cobre y zinc de espesores de alrededor de 5cm. En los espacios entre placa y placa se encuentran lozas de un polı́mero que sirve de material centelleador, con un espesor de alrededor de 4 cm[13]. Además un par de placas de acero entre las cuales se encuentran las placas de cobre. Este “emparedado” tiene una for-. 8.

(31) 1.3 Calorı́metro Hadrónico. Figura 1.5: Las placas de cobre y acero del calorı́metro hadrónico se agrupan en forma trapezoidal. Los módulos asi formados se arman para formar el barril.. ma trapezoidal, de modo que con varios emparedados se puede formar un anillo y ası́ formar el barril del HCAL (Figura 1.3). La superficie de las placas es tangencial al anillo. El barril tiene un radio interno de 180,6 cm y un radio externo de 295 cm. Tiene una longitud de 776 cm. Para los endcaps, el concepto del detector es el mismo, solo que ahora las placas son superficies perpendiculares al eje del barril para formar discos. Estos discos tienen un radio externo de 295 cm, un radio interno de 31,6 cm y una longitud de 182 cm. Los calorı́metros hadrónicos frontales, están localizados a 11,1 metros a cada lado del punto de interacción. En esta posición la radiación es mayor que en el barril, produciendo mayor cantidad de cascadas hadrónicas lo que conlleva a una mayor cantidad de neutrones. Por lo tanto se utiliza una técnica basada en el efecto Cherenkov que es insensible a neutrones. Para esto se colocan bloques de cobre en los cuales se producen las cascadas hadrónicas. A través. 9.

(32) 1 El Compact Muon Solenoid de los bloques son colocadas fibras de cuarzo de 345 µm de diámetro a 2 mm de distancia una de las demás. En las fı́bras de cuarzo se produce el efecto Cherenkov, con lo cual aparece la señal luminosa, la cual es registrada por fotodetectores. El calorı́metro hadrónico frontal tiene forma cilı́ndrica de 140 cm de radio externo y 12,5 cm de radio interno. Está rodeado por capas de entre 20 y 30 cm de acero, polietileno y concreto borado para reducir el efecto de los neutrones sobre los demás detectores[14]. El detector en sı́ tiene 165 cm de largo.. 1.4.. Solenoide y Yugo. Conteniendo el sistema de tracker y calorı́metros, está el solenoide que produce un campo magnético de 4 Tesla[11]. Se trata de un alambre de aleación de niobio-titanio con un recubrimiento de aluminio, formando una bobina que se encuentra sumergida en helio lı́quido, dentro de un crióstato contenedor de acero inoxidable[15]. El crióstato tiene 13 metros de largo, 7,6 metros de radio externo y 5,94 cm de radio interno. Las paredes del crióstato tienen 6 cm de espesor. El soporte del solenoide es el yugo, que consiste en un armazón de hierro que además sirve para desviar el campo magnético externo buscando que sea uniforme. Para construir el yugo se usan placas de hierro dispuestas de modo tal que conforman anillos con doce lados, como se muestra en la Figura 1.4. Se colocan de esta forma tres capas y se constituye lo que se conoce como “rueda”. Cada rueda tiene 253,6 cm de largo para un total de 13,32 metros de largo del barril. La masa total es del yugo es 3050 toneladas. Las ruedas se forman por tres capas, la capa más interna tiene 29,5 cm de espesor y las otras tienen 63 cm. La capa más externa alcanza los 7 metros desde el eje del CMS. Los endcaps del yugo son cuatro placas de hierro con forma dodecagonal, que alcanzan el mismo diámetro que el barril y tienen espesores entre los 10 cm y los 65 cm. En los espacios. 10.

(33) 1.4 Solenoide y Yugo. Figura 1.6: Vista frontal del barril del yugo. El barril en su totalidad se construye colocando cinco anillos (ruedas) con esta forma.. 11.

(34) 1 El Compact Muon Solenoid libres entre las placas del yugo van las cámaras de muones.. 1.5.. Cámaras de Muones. El experimento CMS está diseñado poniendo especial atención a la detección de muones. Esto debido a que como son las únicas partı́culas producto de la colisión que alcanzan al exterior del solenoide, resultan fáciles de distinguir. Uno de los canales esperados de decaimiento del bosón de Higgs, son dos bosones Z. A su vez, cada uno de estos bosones Z pueden decaer en un par leptón-antileptón, en particular pueden decaer en muones. Al atravezar materiales, los muones pueden perder energı́a por ionización o por radiación de frenado (bremsstrahlung)[16]. La pérdida de energı́a por bremstrahlung es directamente proporcional a la masa a la menos seis (m−6 ). Como el muón es 200 veces más pesado que el electrón, su pérdida de energı́a por bremsstralung es en un factor de 1,5 × 10−14 menor, esto es despreciable. Entonces, los muones pueden atravesar sin mayores complicaciones el calorı́metro electromagnético. La otra forma en que los muones pueden perder energı́a es por medio de ionización, pero los muones son particulas “mı́nimo ionizantes”. Por lo tanto los muones pueden atravezar el calorı́metro hadrónico, alcanzar las regiones exteriores al solenoide y aún mas. Es ahı́ donde se han colocado los detectores de muones, para hacer un seguimiento de su trayectoria.. Para detectar muones se utilizan tres tipos distintos de dispositivos. Los tubos de deriva, las cámaras catódicas y las cámaras de placa resistiva (RPCs)[3]. En la región del barril, se combinan los tubos de deriva y las cámaras de placa resistiva. Los tubos de deriva son cavidades de 4,2 × 1,3 cm2 de frente y entre 2 y 3 metros de largo. Las paredes son de aluminio de 1,5 mm de espesor, formadas por dos varillas en forma de I (cátodos) y que soportan dos placas (Figura 1.7). En el centro hay un alambre de acero de 50 µm de diámetro que sirve de ánodo. Se llena con una mezcla de argón y CO2 . Los voltajes colocados son de 3600 V en el ánodo, 1800 V en las placas de aluminio y -1200 V en las varillas. El módulo completo tiene. 12.

(35) 1.5 Cámaras de Muones. Figura 1.7: Corte de una de las cavidades de un tubo de deriva.. 2,5 metros de ancho con varias capas de tubos de deriva[31]. El tiempo máximo de deriva hacia el alambre es de 400 ns. En los endcaps se colocan cámaras catódicas y cámaras de placa resistiva. Las cámaras catódicas consisten en una serie de alambres paralelos colocados a 3 mm uno del otro. Estos alambres están sumergidos en haz y todo se encuentra encapsulado entre dos placas que sirven de cátodos. Una de estas placas está formada por cintas que se extienden perpendicularmente a los alambres (Figura 1.8). Los cátodos consisten en placas de un agregado de fibra de vidrio y cobre. La distancia entre las placas es de 9,5 mm. La cámara completa consite de siete placas entre las cuales se introduce el gas. El gas es una mezcla de 40 % de argón, 50 % de CO2 y 10 % de CF4 . Los paneles ası́ formados son sostenidos por un marco de aluminio[32]. Las cámaras de placa resistiva se colocan tanto en el barril como en los endcaps. Estas cámaras son usadas porque combinan una buena resolución espacial ( ∼ 30µm) con una. 13.

(36) 1 El Compact Muon Solenoid. Catodos. Alambres. Figura 1.8: Esquema de las cámaras catódicas.. resolución temporal comparable a los detectores de centelleo (ns). Además son indiferentes ante la distribución de campo magnético en la que se encuentran. Por otro lado, son detectores de bajo costo y fácil ensamblaje. Debido a su rápida respuesta permiten asociar la trayectoria de un muón con el cruce de haces que lo originó. En el capitulo 2 se profundizará en la geometrı́a y funcionamiento de estas cámaras.. 1.6.. Neutrones en CMS. En todo el curso de la producción de los haces de protones para la colisión y en la detección de los productos de esa colisión, hay envueltos cantidad de procesos que conllevan a la aparición de partı́culas sin relación con los efectos que se quieren medir. Estas partı́culas afectan el desempeño de los detectores ya bien sea por un flujo continuo que contribuye al deterioro o a que introducen señales permanentes que se constituyen en ruido o inclusive. 14.

(37) 1.6 Neutrones en CMS podrian ser confundidas con señales que realmente se relacionan con la colisión protón-protón. Las partı́culas que se destacan por afectar directamente las cámaras de muones y en particular las RPC son fotones, muones y neutrones[4]. Las fuentes de esta radiación han sido identificadas en el anillo del acelerador y en el propio detector CMS. Las fuentes debidas al acelerador son: La interacción del halo del haz con componentes del acelerador. La interacción del haz con gas residual dentro del acelerador[17]. Productos de colisiones en otras regiones de interacción dentro de LHC. Se explicará un poco de cada una de ellas. En el acelerador LHC, para el proceso de colimación y enfoque del haz de protones, no se logra tener un haz perfectamente definido. El enfoque del haz se consigue haciendo oscilar los protones (o las partı́culas que constituyen el haz) en direcciones perpendiculares a la dirección de movimiento del haz[18]. Algunos protones pueden entrar en resonancia e incrementar su amplitud, de modo que terminan por no pertenecer al paquete en rumbo de colisión sino que forman una nube que acompaña al paquete. Esta nube es el halo del haz. Debido a su amplia oscilación, los protones del halo pueden entrar en contacto con componentes del acelerador. En este contacto se producen reacciones nucleares y cascadas que son fuente de partı́culas que pueden entrar en la zona donde se encuentra el detector CMS. Por otro lado, el gas mismo se encuentra en contacto con gas residual dentro del tubo del acelerador. Según Huhtinen y Aarnio[19], se pueden presentar hasta el orden de 104 interaciones inelásticas por segundo por metro recorrido, debido al gas dentro del tubo. Por último, protones provenientes de otros experimentos y que no se agrupan con el haz para la colisión, también pueden interactuar con elementos del acelerador y el detector CMS, siendo ası́ fuente de partı́culas para CMS. Los flujos de partı́culas debidas al acelerador están. 15.

(38) 1 El Compact Muon Solenoid alrededor de 0.2 Hz/cm2 para muones, electrones y hadrónes cargados, 1.2 Hz/cm2 para fotones y 1.8 Hz/cm2 para neutrones. De todas maneras Drozhdin y Huhtinen[4] concluyen que los neutrones debidos al acelerador que pueden llegar a afectar la cámaras de muones son de 3 a 5 órdenes de magnitud menores en cantidad que los producidos por la interacción de la radiación de la colisión protón-protón con los componentes de CMS. La fuente de neutrones que se va a tener en cuenta en la simulación es la debida a la interacción de la radiación de la colisión con los materiales de CMS. Para esto se sabe que los mayores productores de neutrones dentro de CMS son los calorı́metros[3]. Esto se debe a la naturaleza de sus materiales y a la tarea para la que fueron diseñados, que es producir cascadas. En los cristales del calorı́metro electromagnético los hadrones que se propagan encuentran núcleos de plomo y tungsteno . Habrá colisiones inelásticas que desembocan en cascadas hadrónicas. Por otro lado los neutrones producto de estas cascadas no están en presencia de núcleos de boro e hidrógeno que podrı́an moderarlos y capturarlos. La función de las placas de cobre del calorı́metro hadrónico es producir cascadas hadrónicas, parte de las cuales producen la señal luminosa al entrar en contacto con los centelleadores. Dentro de las cascadas también hay neutrones. Sin embargo, a diferencia del calorı́metro electromagnético, la presencia de núcleos disminuye el flujo de neutrones debido al material orgánico. Materiales como el hierro del yugo absorben los neutrones provenientes de los calorı́metros debido a su densidad y a que son capas de hierro de mucho espesor[19].. 16.

(39) 2 Cámaras de Placa Resistiva Como se ha mencionado, una de las principales caracterı́sticas de CMS es que las únicas partı́culas producto de la colisión que pueden alcanzar las regiones exteriores al solenoide y que no van en la dirección de los calorı́metros hadrónicos frontales, son los muones. Es por esta razón que los detectores exteriores son las cámaras de muones[3]. El papel de estos detectores no es únicamente registrar la aparición de los muones, sino que se desea obtener información acerca de su carga (si son muones o antimuones), de su trayectoria y del instante en que la partı́cula está atravesando por cada punto. Cuando se obtiene la señal de un muón, se quiere obtener su momentum, su energı́a y su relación con otros eventos que estén siendo medidos simultáneamente en otros lugares dentro del detector. El momentum de los muones se puede obtener reconstruyendo su trayectoria en el campo magnı́tico. Los muones son identificados por ser las únicas partı́culas producto de la colisión que pueden alcanzar las cámaras de muones. Conociendo su momentum y su masa en reposo es posible reconstruir su energı́a. Se hace necesario entonces un sistema de detección de muones, con alta resolución espacial y temporal. Sumado a esto, se tiene que en la región de cámaras de muones la distribución de campo magnético no es uniforme como al interior del solenoide. Por eso se usan tres tipos de detectores de muones distintos. Dentro de las cámaras usadas, las Cámaras de Placa Resistiva (RPC)[20], son las que tienen respuesta mas rápida, por eso se usan tanto en el barril como en el endcap. Además no se ven afectadas por las diferencias en la distribución de campo magnético. Estas cámaras. 17.

(40) 2 Cámaras de Placa Resistiva son usadas como disparador para las otras cámaras de muones.. 2.1.. Descripción. Las RPC consisten en dos placas de baquelita con resistividades entre 1010 y 1011 Ωcm. El espesor de las placas es de 2mm y el espacio entre éstas es también de 2mm. El espacio entre las placas se llena con mezclas de gas de Tetra-Fluoro-Etano (C2 H2 F4 ). Este gas no inflamable es escogido debido a el ancho de la acumulación de cargas es pequeño (tamaño de cluster)[3]. La presión es mantenida entre 1 y 3 mbar sobre la presión atmosférica y el gas se mantiene en circulación. Las placas vienen recubiertas en la parte exterior con una pelı́cula de grafito de 0,02 mm de espesor que sirve para distribuir el campo eléctrico. Por encima del grafito se coloca una pelı́cula de polietileno de 0,1 mm de espesor y sobre esta se colocan contactos de aluminio de 0,6 mm (Figura 2.1). Perpendicular a las placas se coloca un campo eléctrico de 9 kV/mm. La diferencia de potencial que se coloca es un factor crı́tico en la resolución temporal de la cámara. Al paso de un muón la cámara tarda un tiempo en quedar lista para poder registrar el siguiente. Este tiempo de relajación es mayor si el campo eléctrico colocado aumenta, derivando en la disminución de la resolución temporal de la cámara. Sin embargo, si el campo eléctrico colocado en la cámara disminuye, también lo hace la señal que se recibe de ésta. Para incrementar la señal, se aumenta el número de cámaras. Para esto se colocan en lo que se conoce como distribución de doble gap, como lo muestra la Figura 2.2. En este caso el paso de un muón, simultáneamente activa dos cámaras en lugar de una sola. El tamaño de la cámara total armada es de 256 cm de ancho, por una longitud de entre 2 y 4 metros y una altura de 5,5 cm. La posición de las cámaras RPC dentro de CMS está en los espacios libres entre las placas que forman el yugo. En el barril hay “estaciones” de cámaras de muones sobre cada capa del. 18.

(41) 2.2 Principio de Operación. Figura 2.1: Esquema básico de una cámara RPC.. yugo y en el endcap del yugo están en los espacios entre las placas del mismo.. 2.2.. Principio de Operación. Al paso de una partı́cula ionizante se libera un grupo de electrones. Debido al campo eléctrico intenso, se crea una cascada de electrones de ionización. La cascada se propaga hacia uno de los electrodos de baquelita y se forma un cúmulo de carga sobre la placa (Figura 2.3). Éste induce una corriente sobre el contacto de aluminio al otro lado de la placa produciendo de este modo la señal. Es deseable que la cantidad de contactos activados al paso de una partı́cula ionizante sean mı́nimos. Por eso el tamaño del cúmulo de carga debe ser lo suficientemente pequeño como para activar solo un contacto a la vez. Esta caracterı́stica es crucial a la hora de escoger la mezcla de gas de ionización. Si se coloca un campo eléctrico muy. 19.

(42) 2 Cámaras de Placa Resistiva. Figura 2.2: Configuración de una RPC de doble gap.. 20.

(43) 2.2 Principio de Operación. Contacto. 1111111 0000000 111111 000000 000000 111111 0000000 1111111 0000000 1111111 000000 111111 0000000 0000000 111111 1111111 000000 000000 111111 000000 1111111 111111 1111111 0000000. 111111 000000 000000 111111 000000 111111. 00000 11111. 00000 00000 11111 Cumulo de 11111 00000 11111 00000 11111 Carga. Baquelita. 11111 00000 00000 11111 00000 11111 00000 11111 00000 11111 00000 11111 00000 11111. Particula Ionizante. Figura 2.3: Principio de funcionamiento de una RPC.. 21.

(44) 2 Cámaras de Placa Resistiva intenso, tanto como para producir una descarga al paso de una partı́cula ionizante, se dice que la cámara se encuentra en el régimen de streamer. En este caso, el tiempo de relajación excede los requerimientos exigidos por la tasa de colisiones de LHC. Por consiguiente las cámaras RPC de CMS trabajarán en el régimen conocido como de avalancha. En este caso, al paso de una partı́cula ionizante, los electrones libres resultantes crean una cascada sin producir una descarga[21]. Los campos eléctricos aplicados para las placas en este modo van entre 8,5 y 10,0 kV/mm.. 2.3.. Efecto de Neutrones Sobre las Cámaras RPC. Debido a la ausencia de carga, los neutrones no pueden producir señal en las RPC directamente, ya que no pueden ionizar los átomos del gas. Los fotones en cambio, a pesar de que no poseen carga, son parte en procesos de ionización y efecto Compton, por lo tanto pueden producir señales directamente. Otro de los casos que se puede presentar es la creación de pares electrón-positrón a partir de un fotón en el interior o en cercanı́as de la cámara. Como efecto de estos procesos, se encuentra que la eficiencia de la RPC es sensible a los flujos de fotones. En estudios realizados sobre cámaras RPC se encuentran caı́das en las eficiencias de las cámaras de hasta 13 % cuando estas fueron sometidas a flujos de fotones del orden de 1 kHz y energı́as de 1 MeV.[36] Los medios por los cuales los neutrones pueden producir una señal son mas elaborados. Los neutrones con energı́as cinéticas superiores a 1 keV, pueden tener colisiones elásticas e inelásticas con núcleos cercanos, reduciendo su energı́a[22]. Cuando los neutrones van reduciendo su energı́a, una de las reacciónes que pueden ocurrir es la captura del neutrón por parte de algún núcleo cercano. Cabe aclarar que esta captura solo ocurre para ciertos valores de energı́a que están relacionadas con las energı́as de exitación del núcleo que captura y con la energı́a de enlace del neutrón capturado (Figura 2.4). Entonces al ocurrir la captura el núcleo. 22.

(45) 2.3 Efecto de Neutrones Sobre las Cámaras RPC queda exitado y se relaja emitiendo partı́culas. Dentro de las partı́culas que pueden ser emitidas se encuentran los fotones. Estos fotones emitidos pueden causar los efectos mencionados anteriormente. Otro de los procesos que afecta las RPC y que involucra neutrones, tiene que ver con las colisiones en donde los neutrones con suficiente energı́a transfieren momentum a núcleos del gas. Sin embargo este fenómeno es de menor importancia. La probabilidad de que un neutrón sea capturado es mayor para neutrones lentos(E<1keV). En este caso, la sección eficaz de captura de un neutrón es inversamente proporcional a la velocidad del mismo[23]. En este sentido, los neutrones térmicos tienen mayor probabilidad de ser capturados. Al ser capturados, el núcleo que captura queda exitado y puede relajarse emitiendo fotones que pueden producir señales en los detectores. La señal producida por presencia de neutrones térmicos resulta indistinguible de la señal producida por un muón a su paso. Por lo tanto estas señales se constituyen en ruido en las cámaras de muones.. 23.

(46) 2 Cámaras de Placa Resistiva (a) 5. 10. 10 4 10 3 2. 10 Cross Section (b). 10 1 10 0 -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 -9 10. -8 10. -7 10. -6 10. -5 10. -4 -3 10 10 Energy (MeV). -2 10. -1 10. 0 10. 1 10. (b) 10 5 10 4 10 3 10. 2. Cross Section (b). 10 1 10 0 -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 -9 10. -8 10. -7 10. -6 10. -5 10. -4 -3 10 10 Energy (MeV). -2 10. -1 10. 0 10. 1 10. (c) 10 5 10 4 10 3 10. 2. Cross Section (b). 10 1 10 0 -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 -9 10. -8 10. -7 10. -6 10. -5 10. -4 -3 10 10 Energy (MeV). -2 10. -1 10. Figura 2.4: Sección eficaz de absorción de neutrones. a) 24. 0 10. 63. 1 10. Cu, b)56 F e c)207 P b[35]. Se nota. que a bajas energı́as la probabilidad de captura crece casi a los mismos valores de las resonancias nucleares. Estos materiales son abundantes dentro del detector CMS..

(47) 3 Simulación de la Colisión Protón-Protón Cuando LHC entre en funcionamiento, CMS se encontrará en un ambiente de permanente radiación proveniente de las colisiones protón-protón. Es por esto que al hacer una simulación de CMS es necesario poder reproducir de la manera más real posible esta radiación. La forma de hacerlo es reproducir la colisión de protones implementando los procesos fı́sicos involucrados que ya se conocen y los que se espera identificar con el experimento, obteniendo como resultado datos relacionados con las partı́culas producto de la colisión según esos procesos. Las herramientas que reproducen los estados finales de la colisión de partı́culas son los generadores de eventos[24]. Debido a la naturaleza aleatoria de los procesos en la colisión, los generadores de eventos utilizan métodos de Monte Carlo combinados con la sistematización de modelos fı́sicos obtenidos de datos experimentales y de la teorı́a. El primer objetivo de la simulación de la colisión protón-protón es tomar los estados finales que ésta arroja, como datos iniciales de la simulación del detector CMS. Sin embargo esta simulación no solo sirve como entrada para la simulación posterior, sino que también puede servir para saber cuáles partı́culas se deben tener en cuenta y en qué rangos de energı́a y distribución espacial. El generador de eventos de altas energı́as usado para reproducir la colisión de protones de. 25.

(48) 3 Simulación de la Colisión Protón-Protón LHC es PYTHIA 6.4[25], el cual es un paquete desarrollado en la universidad de Lund en Suecia. Pythia es un programa en FORTRAN 77 con el que se pueden reproducir procesos de hadronización, fragmentación de hadrones, cascádas partónicas, dispersión profundamente inelástica (Deeply Inelastic Scatering) y fı́sica mas allá del Modelo Estandard. (Supersimetrı́a, technicolor, etc). El fenómeno que se simuló en PYTHIA es la colisión de dos protones cada uno con energı́a de 7 TeV. Los procesos que se activaron en PYTHIA fueron: Procesos inelásticos de interacción entre partones, que llevan a la producción de jets. Dispersión profundamente inelástica. Procesos de producción de bosones γ, Z, W± Procesos de producción de bosón de Higgs1 . PYTHIA genera las partı́culas producto de la colisión y sus decaimientos. Los programas implementados en PYTHIA fueron diseñados de modo que registraran la información en archivos de datos para ser analizados posteriormente. Las simulaciones de la colisión consistieron, primero, en la identificación de las partı́culas producto de la colisión, de éstas, se tuvieron en cuenta los tipos de partı́cula que alcanzan una población suficiente como para tener en cuenta. Después se estudió su distribución angular y sus rangos de energı́a. Con esto se descartaron las partı́culas que no tienen el tiempo de vida suficiente para interactuar con el detector. Por último se implementó un programa que provee el archivo de entrada de la simulación de CMS teniendo en cuenta únicamente las partı́culas escogidas. Las simulaciones llevadas a cabo en PYTHIA tienen en cuenta únicamente calculos a orden dominante (leading order) en los procesos introducidos en la colisión. Los cálculos 1. Los procesos reproducibles en PYTHIA suponen masas del Higgs entre 60 y 800 GeV[25].. 26.

(49) 3.1 Distribuciones de los productos de la Colisión Protón-Protón mas allá de orden dominante en las secciones eficaces de procesos de background para las señales referentes a la busqueda del bosón de Higgs pueden llevar a cambios en el valor de dichas secciones eficaces, pudiendo cambiar a su vez la predicción en la producción de neutrones. El calculo del background depende del canal de decaimiento del Higgs. Para uno de los canales mas importantes que es H resultando en γγ a través de procesos en QCD y para otros procesos que incluyen decaimientos en fotones, el cociente entre las secciones eficaces calculadas a órdenes mayores entre las calculadas a órden principal cambia entre 6 % (para una masa de Higgs de 138 GeV) a 27 % (para una masa de Higgs de 82 GeV). Las masas de Higgs menores a 100 GeV son predichas por modelos distintos al modelo standard. Para el rango de masas mas interesantes para este canal (entre 115 y 140 GeV), el efecto de background esta alrededor de un 5 %.[37] Para otros canales de decaimiento como H → W + W − el cual es un canal muy dificil, por que los niveles de background son del orden de la producción de la señal, el cociente entre secciones eficaces de ruido calculadas a orden mayor que dominante dividido entre las de orden dominante es de 0,6.[38] Para el canal que tiene que ver directamente con el diseño de CMS, el cual es H → ZZ → l+ l− l+ l− , la señal puede ser distinguida del background producido en la colisión protón-protón, sin mayores cambios con calculos a órdenes mayores.. 3.1.. Distribuciones de los productos de la Colisión Protón-Protón. Lo primero que se hizo es identificar las partı́culas producto que más aparecen en la colisión. Se simularon 10000 colisiones y para cada una, se contabilizaron las partı́culas que aparecieron según su tipo. En la Tabla 3.1 aparecen las partı́culas mas representativas. Total suman el 95 % de la muestra total obtenida. Los programas aparecen en el Apéndice A. Después de. 27.

(50) 3 Simulación de la Colisión Protón-Protón. partı́cula. %. partı́cula. %. γ. 31,25 ± 0,03. π+. 13,54 ± 0,02. π−. 13,31 ± 0,02. π0. 14,87 ± 0,02. K+. 1,5 ± 0,01. K−. 1,45 ± 0,01. K0. 1,4 ± 0,01. η. 1,63 ± 0,01. ρ+. 2,40 ± 0,01. ρ−. 2,40 ± 0,01. ρ0. 2,60 ± 0,01. ω. 2,60 ± 0,01. n. 1,35 ± 0,01. n̄. 1,10 ± 0,005. p. 2,20 ± 0,01. p̄. 1,08 ± 0,005. Tabla 3.1: Partı́culas que mas se produjeron en la colisión protón-protón y que en total representan un 95 % de la muestra. Estas partı́culas solo alcanzan el calorı́metro electromagnético.. 28.

(51) 3.1 Distribuciones de los productos de la Colisión Protón-Protón conocer qué partı́culas salen de la colisión es útil conocer su distribución espacial. Algunas partı́culas producidas en la colisión serán dispersadas en direcciones casi paralelas al haz de protones incidente. Estas partı́culas no se deben tener en cuenta dentro de toda la estadı́stica. En la Figura 3.1 se presentan los histogramas para los neutrones resultantes. La simulación equivale a 12,5 µs de corrida del acelerador. El ángulo azimutal se mide sobre el plano transversal al plano del barril. Para este caso se observa que no hay ningún ángulo privilegiado en la dispersión. El ángulo polar se mide desde el eje del barril. Para este caso se nota que buena parte de los neutrones salen dispersados en la dirección del haz incidente. Para este histograma se tomó el valor absoluto del ángulo polar. En la Figura 3.2 se discrimina la distribución angular polar para las regiones de barril, endcap y el tubo. El tubo se toma entre 0 y 0,005 radianes, los endcaps van de 0,005 a 0,576 radianes y el barril de 0,576 a 1,57 (π/2) radianes. Los órdenes de magnitud de el primer histograma es mucho mayor que los otros, lo que supone que la cantidad de neutrones dispersada en dirección del haz no es despreciable. En la Figura 3.3 se representan los porcentajes de neutrones que llegan al barril, al endcap y que salen por el tubo del haz. La parte de los que salen por el tubo representa un 34,1 %. Al barril solo llegan un 11,6 %. Teniendo en cuenta el comportamiento para los neutrones, se deduce que para hacer alguna estadı́stica sobre las partı́culas resultantes de la colisión que produzcan neutrones, no se deben tener en cuenta aquellas que salen dispersadas en la dirección del tubo.. Por otro lado, la distribución en energı́as de las partı́culas tampoco es uniforme. Como se puede ver de la Figura 3.4, de nuevo para los neutrones, la cantidad de partı́culas que salen con un valor de energı́a especı́fico, disimuye rápidamente con la energı́a. Para energı́as muy altas, la cantidad de neutrones dispersados es muy pequeña comparada con energı́as del órden de MeV. Por lo tanto se puede tomar un corte máximo de energı́a de modo que por debajo de este corte se encuentren el 95 % de las partı́culas de la muestra.. 29.

(52) 3 Simulación de la Colisión Protón-Protón (a). (b). Figura 3.1: Distribuciones angulares para los neutrones producidos en la colisión protónprotón. a)Ángulo azimutal, para el cual la distribución es uniforme. b) Ángulo polar, para el cual se ve que la mayorı́a de los neutrones salen dispersados en la 30. dirección de los haces incidentes..

(53) Numero de Neutrones. 3.1 Distribuciones de los productos de la Colisión Protón-Protón Neutrones Entries 130123 Mean 0.001106 RMS 0.00127 4. 10. 3. 10. -0.005. 0. 0.005. 0.01. 0.015 0.02 Angulo (rad). Numero de Neutrones. (a) Neutrones dispersados hacia el tubo. Neutrones Entries 207503 Mean 0.1267 RMS 0.1433. 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0. 0. 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5 0.6 Angulo (rad). Numero de Neutrones. (b) Neutrones dispersados hacia los endcaps. Neutrones Entries 44124 Mean 1.006 RMS 0.2911. 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0. 0.6. 0.8. 1. 1.2. 1.4 1.6 Angulo (rad). (c) Neutrones dispersados hacia el barril.. Figura 3.2: Discriminación de los neutrones producidos en la colisión protón-protón. 31.

(54) 3 Simulación de la Colisión Protón-Protón. 80 70. Neutrones dispersados (%). 60 50 40 30 20 10 0. TUBO. ENDCAP. BARRIL. Figura 3.3: De izquierda a derecha, los porcentajes de los neutrones dispersados hacia el tubo, el endcap y el barril.. 32.

(55) 3.1 Distribuciones de los productos de la Colisión Protón-Protón. Figura 3.4: Histograma con la distribución de energı́a para los neutrones. Para calcular las energı́as que se deben tener en cuenta, lo que se hace es contar sobre las partı́culas que tienen una trayectoria que les permite interactuar con el detector. Definiendo un sistema de coordenadas sobre el detector, con el eje z como el eje del barril, cada partı́cula sale con componentes de momentum px , py , pz . Suponiendo un radio del tubo de 7 cm y una distancia de 13,5 m del punto de interacción hasta los extremos del CMS, para partı́cualas neutras se toman las partı́culas tales que. ! Ãp 2 + p2 p x y > tan−1 (0.07/13.5) tan−1 pz. (3.1). Para las partı́culas cargadas en el campo magnético de 4T hay una trayectoria en espiral, con radio dado por. p 2 px + p2y BR = e. (3.2). 33.

(56) 3 Simulación de la Colisión Protón-Protón partı́cula Rango de E (GeV) partı́cula Rango de E (GeV) γ. 25. π+. 60. π−. 60. π0. 100. K+. 80. K−. 80. K0. 80. η. 85. ρ+. 100. ρ−. 100. ρ0. 100. ω. 110. n. 100. n̄. 100. p. 100. p̄. 100. Tabla 3.2: Energı́as máximas fijadas para las partı́culas provenientes de la colisión. donde e es la carga del electrón, B el campo magnético y R el radio máximo. De esto se tiene la condición. R=. p. p2x + p2y × 10 >0.07m 12. (3.3). Las partı́culas que se encuentran en cada caso (neutras o cargadas) tienen que cumplir con estas condiciones. Aplicándolas sobre las muestras de partı́culas obtenidas de la colisión protón-protón, se tienen las energı́as de corte de la Tabla 3.2, que son las energı́as máximas para cada partı́cula.. 3.2.. Selección de las Partı́culas para la Simulación. Terminado el proceso de identificación, lo que sigue es estudiar cuáles de las partı́culas de la Tabla 3.2 tienen el tiempo de vida suficiente para interactuar con el detector. Las únicas. 34.

(57) 3.2 Selección de las Partı́culas para la Simulación partı́culas de la Tabla 3.2 que son estables son los fotones y los protones. Las otras son partı́culas inestables con cierto tiempo de vida media. El tiempo de decaimiento de estas partı́culas puede ser mayor debido a la dilatación temporal. Las partı́culas que más van a ver dilatado su tiempo de vida son las que viajan mas rápido, es decir, las que tienen mayor energı́a. Según esto, si una partı́cula no tiene tiempo de vida suficiente para alcanzar el detector aún viajando con la mayor energı́a, ninguna de las de su tipo lo logrará. A partir de esto se calculó el tiempo de vida en el sistema de laboratorio y a partir de este, la distancia recorrida, teniendo en cuenta que para el tiempo de vida media τ=. ~ Γ. (3.4). donde Γ es el ancho de decaimiénto[9, 26]. Para calcular el máximo alcance se toma la máxima energı́a para cada tipo de partı́cula y se calcula el factor γ como γ=. E mc2. (3.5). donde m es la masa en reposo. El tiempo promedio de decaimiento en el sistema de referencia de laboratorio está dado por τlab = τ × γ. (3.6). y el alcance de la partı́cula será. l = τlab × v. (3.7). donde v se calcula a partt́ir de γ. v=p. c 1 − γ −2. (3.8). 35.

(58) 3 Simulación de la Colisión Protón-Protón partı́cula Alcance (m) partı́cula Alcance (m) γ. ∞. π+. 3,36 × 103. π−. 3,36 × 103. π0. 1,8 × 10−5. K+. 6 × 102. K−. 6×102. K0. 43. η. 23×10−8. ρ+. 3,28 × 10−14. ρ−. 3,28 × 10−14. ρ0. 1,74 × 10−13. ω. 3,27 × 10−12. n. 2,83 × 1013. n̄. 2,83 × 1013. p. ∞. p̄. ∞. Tabla 3.3: Alcances máximos de las part́iculas producto de la colisión protón-protón. Con esto se obtienen los alcances para las partı́culas de la Tabla 3.1, que se presentan en la Tabla 3.3. De la tabla se infiere que se pueden excluir los mesones ρ, ω, η y π0 . Las partı́culas escogidas y sus energı́as promedio se encuentran en la Tabla 3.4. Cabe anotar que además de estas partı́culas, dentro de la simulación de CMS tambı́en se introdujeron electrones y muones. Los muones fueron introducidos para comparar su cantidad con la de neutrones térmicos en la región de cámaras de muones.. 36.

(59) 3.2 Selección de las Partı́culas para la Simulación. partı́cula Ep rom (GeV) partı́cula Ep rom (GeV) γ. 3,49. K0. 13,30. π+. 8,76. π−. 8,71. K+. 13,21. K−. 13,03. n. 17,89. n̄. 17,74. p. 17,92. p̄. 17,69. Tabla 3.4: Partı́culas escogidas para la simulación y sus energı́as promedio.. 37.

(60) 4 Simulación del Detector CMS La idea de la simulación del detector CMS es estudiar el comportamiento de los neutrones y sus fuentes dentro de éste detector. Debido a que no se quiere simular el proceso de detección en CMS, en una simulación altaemente detallada y compleja, se optó por implementar una geometrı́a simplificada con la cual es posible hacerse una idea inicial del fenómeno de producción y propagación de neutrones. La simplificación en la geometrı́a consiste principalmente en suponer CMS literalmente como un arreglo de cilindros con tapas, sin hacer reparo que en realidad los subdetectores están constituidos por módulos en forma de placa y que no necesariamente conforman una superficie cilı́ndrica. La simplificación también consistió en implementar los subdetectores retirando los materiales que no afecten mucho en la producción y propagación de neutrones. Por lo demás se intentó reproducir la geometrı́a de CMS, es decir, las dimensiones de los subdetectores y sus posiciones se implementaron según lo expresado en el capitulo 1.. 4.1.. Programa Implementado. El paquete utilizado para la simulación es GEANT4[27, 28], herramienta desarrollada en CERN para la simulación de interacción radiación materia. GEANT4 utiliza algoritmos de Monte Carlo para reprodurir los procesos que sufren las partı́culas atravezando materiales. GEANT4 está basado en C++ y permite utilizar las herramientas de programación orientada. 38.

(61) 4.1 Programa Implementado a objetos para definir materiales, sólidos a partir de esos materiales, las partı́culas dentro de la simulación y los procesos asociados a éstas. En el programa se definieron cinco clases. La clase geometriap6, que aparece en el Apéndice B, en la cual se encuentran definidos los materiales y los volúmenes que hacen las veces de los subdetectores conformando ası́ el CMS. La clase fisicaypartp2 en la que se definen las partı́culas dentro de la simulación y los procesos en los que éstas están involucradas. La clase generacionp2, en la que se define la forma de inicializar cada evento. En esta clase se utiliza la clase de GEANT4 G4HEPEvtInrterface para leer el archivo producido por el generador de eventos. La clase trayectactionp4 que hereda de la clase G4UserTrackingAction que permite realizar acciones a cada paso en la trayectoria de la partı́cula. La clase stepaction4 se utiliza para hacer seguimiento de los neutrones que aparecen para estudiar su propagación y obtener su posición cuando se termalizan. Todas estas clases son llamadas en el programa principal cuyo código fuente se encuentra en el archivo CMS.cc. El programa únicamente necesita ubicar el archivo producido por el generador de eventos y como salida produce diez archivos que registran la producción de neutrones, uno para la producción en la tuberı́a del haz, tres para los detectores del tracker, uno para el preshower, uno para el calorı́metro electromagnético, otro para el calorı́metro hadrónico, otro para el calorı́metro hadrónico frontal, uno para el solenoide, otro para el yugo y otro para las cámaras de muones. Para estudiar la propagación, se producen tres archivos que registran los neutrones que atraviesan las superficies definidas por el tracker, el calorı́metro electromagnético y el calorı́metro hadrónico. Se explicará este proceso más adelante en la sección de distribución de neutrones. Para cada uno de los volúmenes de las cámaras de muones, también se definieron superficies y se contabilizó la cantidad de neutrones que ingresaron a estas regiones. Para neutrones térmicos en las cámaras, se contabilizó cuántos de estos aparecen en la región de cámaras de muones y también cuántos muones, esto con el fin de comparar los flujos de cada uno de los. 39.

(62) 4 Simulación del Detector CMS dos tipos de partı́cula. En el programa implementado no se colocó campo magnético ya que los efectos de éste sobre las distribuciones de neutrones dentro del detector son nulas suponiendo el campo magnético uniforme dentro del mismo. Respecto de los archivos de entrada producidos por PYTHIA, estos consisten en una lista en donde cada lı́nea trae la información concerniente a cada una de las partı́culas producidas en la colisión protón-protón. En total se simularon 100000 colisiones protón-protón, cuyos productos se hicieron pasar por la simulación de CMS. Los 100000 eventos fueron procesados en aproximadamente 500 horas de computo. Se utilizaron dos equipos con procesador doble núcleo, de 2.1 GHz. Memoria RAM de 1 Gbyte y bus de 64 bits.. 4.2.. Geometrı́a de la Simulación. 4.2.1.. Tracker. Lo primero que se implementó es la tuberı́a por donde viajan los haces. Ésta se modeló como un cilindro de berilio de 2,5 cm de radio y 1 mm de espesor[29]. Cabe anotar que el radio de la tuberı́a cambia en el interior del detector. Fuera del detector el radio de la tuberı́a es de 7cm y disminuye paulatinamente hacia el interior de CMS. Respecto de los detectores, los dispositivos mas internos del tracker son los pixeles detectores y las microcintas de silicio. Para conocer que tipo de material a colocar, se simuló un módulo de detectores de pixeles bombardeado con haces de cada una de las partı́culas escogidas para la simulación. Con esto se buscó que en lugar de colocar muchos sustratos, se pudiera colocar un único sustrato de carbono. Se encontró que en la simulación de CMS, los detectores de pixeles y de microcintas se podian modelar como cilindros de carbono de 300µm de espesor con efectos similares a los. 40.