Experimento COMPASS

La línea de haces M2 puede transportar diversos haces de partículas secundarias y terciarias , todos originados en el Super Sincrotrón de Protones. El haz primario de protones (400 GeV/c y hasta 1,5E13 protones por superciclo) se dirige hacia un blanco de producción de berilio que produce hadrones secundarios, compuestos principalmente por (anti)protones, piones y kaones. El blanco de producción y el experimento están separados por una línea de transferencia de 1,1 km de longitud, lo que permite, mediante desintegración débil y el uso de absorbentes de hadrones masivos, la producción de un haz de muones con polarización de espín natural. La línea de haces está diseñada para transportar haces con un momento de hasta 280 GeV/c. Normalmente, COMPASS utiliza cinco haces diferentes:

• haces de muones positivos y negativos con un momento nominal de 160 GeV/c o 200 GeV/c,
• haces de hadrones positivos con un momento nominal de 190 GeV/c y una composición de 75% protones, 24% piones y 1% kaones,
• haces de hadrones negativos con un momento nominal de 190 GeV/c y una composición de 1% de antiprotones, 97% de piones y 2% de kaones,
• haz de electrones de baja intensidad para fines de calibración (60 y 40 GeV/c).

La sincronización y la posición de las partículas incidentes se determinan mediante detectores de tiras de silicio frío y detectores de fibra centelleante. Esta información es crucial para determinar el punto de interacción dentro del material objetivo. Dependiendo del tipo de haz, se realizan modificaciones en el telescopio del haz:

• Para el haz de muones , el momento se mide utilizando estaciones de momento del haz,
• Para distinguir entre los diferentes tipos de partículas en el haz de hadrones , se utiliza un detector Cherenkov.

Según el objetivo físico, se requiere un blanco adecuado. Para la física de polarización , los espines del material blanco deben estar orientados en una dirección. La celda del blanco contiene amonio o deuterio, que se polarizan mediante radiación de microondas y campos magnéticos intensos. Para mantener el grado de polarización, se utiliza un refrigerador de dilución de ^³He / ^⁴He para enfriar el material blanco a 50 mK. El material blanco puede polarizarse longitudinal o transversalmente al eje del haz.

En física no polarizada , se utiliza principalmente hidrógeno líquido, lo que permite estudiar las propiedades del protón. Para otros campos de la física, donde se requieren números atómicos elevados, se utilizan níquel, plomo y otros blancos nucleares.

La principal ventaja de un experimento de blanco fijo es su amplia aceptación. Debido al efecto Lorentz , la mayoría de los estados finales y las partículas dispersas se generan a lo largo del eje del haz. Esto da lugar a la configuración característica de un experimento de blanco fijo: la mayoría de los detectores se colocan detrás del blanco ("espectrómetro frontal"). Para algunos procesos, es necesario detectar el nucleón de retroceso del blanco. En estos casos, se utiliza un detector de protones de retroceso compuesto por dos tubos de material centelleador. Los protones se identifican por su tiempo de vuelo y la pérdida de energía.

El experimento COMPASS consta de dos etapas de espectrómetro con diversos tipos de detectores de seguimiento, cada una configurada alrededor de un imán de espectrómetro para determinar el momento de las partículas. La primera etapa está dedicada a trayectorias con grandes ángulos de dispersión (producción) y la segunda a ángulos pequeños. Además, la primera etapa alberga un detector Cherenkov de imagen anular ("RICH"), capaz de distinguir piones y kaones entre 10 y 50 GeV. Se utilizan los siguientes tipos de detectores para medir partículas cargadas:

• MicroMegas , detector de gas de micromalla,
• MicroMegas pixelados ,
• GEM , multiplicador de electrones gaseoso,
• Gemas pixeladas ,
• Cámaras de deriva ,
• Pajitas ,
• SciFis , estaciones de fibra centelleantes,
• MWPC , cámaras proporcionales de múltiples cables,
• Hodoscopios , contadores de centelleo utilizados para la activación mediante muones dispersos.

Las partículas neutras, es decir, los fotones, se detectan con calorímetros electromagnéticos . La energía de los hadrones producidos se determina con calorímetros hadrónicos.