experimento LHCf

El LHCf ( Large Hadron Collider forward ) es un experimento especial del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) para la física de astropartículas ( rayos cósmicos ), y uno de los nueve detectores del acelerador LHC en el CERN . El LHCf está diseñado para estudiar las partículas generadas en la región frontal de las colisiones, aquellas que se encuentran casi directamente alineadas con los haces de protones que colisionan. ^{[ 1 ]}

El LHCf está diseñado para medir la energía y el número de piones neutros ( π ⁰) producidos por el colisionador. Se espera que esto ayude a explicar el origen de los rayos cósmicos de ultra alta energía (UHECR). ^{[ 2 ] [ 3 ]} La detección de UHECR se realiza mediante observaciones de cascadas de partículas secundarias producidas cuando un UHECR interactúa con la atmósfera. El experimento LHCf está diseñado para medir la región muy frontal, donde se contiene la mayor parte del flujo de energía de las partículas secundarias. ^{[ 3 ]}

Los resultados producidos por el experimento LHCf complementan otras mediciones de rayos cósmicos de alta energía del Observatorio Pierre Auger en Argentina y del Telescope Array Project en Utah. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La configuración LHCf consta de dos detectores independientes a cada lado del LHC, ambos a 140 m del punto de interacción de ATLAS . ^{[ 6 ] [ 7 ]} Los detectores se denominan Brazo 1 y Brazo 2 y están instalados dentro de absorbedores neutros del blanco (TAN), que protegen los criomagnetos de los restos de partículas neutras de la región de interacción. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Los dos detectores tienen una estructura común de dos torres calorimétricas independientes, para mediciones de fotones y neutrones . Las torres están hechas de capas absorbentes de tungsteno y capas centelleadoras , con una diferencia en el tamaño de las secciones transversales para los dos brazos. ^{[ 11 ]} Las torres calorimétricas se utilizan para medir la energía de las partículas incidentes e identificar familias de partículas. Cada detector tiene un sistema de seguimiento: el sistema del Brazo 1 consta de cuatro capas dobles de fibras centelleadoras; el Brazo 2 consta de capas de silicio de microtiras . ^{[ 12 ]} La resolución energética para los detectores es superior al 3 % para fotones por encima de 100 GeV y alrededor del 40 % para neutrones. ^{[ 11 ] [ 3 ]} La resolución de posición para el Brazo 1 y el Brazo 2 es de 200 μm y 40 μm para fotones respectivamente, y es de alrededor de 1  mm para neutrones para ambos detectores. ^{[ 11 ] [ 13 ] [ 3 ]}

La primera fase de datos utilizando los detectores LHCf se registró entre 2009 y 2013, como parte de la primera fase del LHC. ^{[ 14 ]} Los resultados del LHCf a una energía en el centro de masas de 7 TeV mostraron una buena concordancia con los modelos teóricos para la producción de fotones y piones neutros hacia adelante. Sin embargo, los resultados no coincidieron para la producción de neutrones hacia adelante. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

El experimento LHCf logró medir cómo varía la cantidad de fotones y neutrones hacia adelante con la energía a nuevas energías altas. Los resultados del experimento concuerdan con algunos modelos teóricos, pero discrepan con otros. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

El objetivo actual del LHCf es buscar kaones neutros y mesones eta neutros , partículas que incluyen un quark extraño. Los modelos teóricos que describen esta interacción predicen muones secundarios, pero las cifras predichas no coinciden con los datos experimentales. El experimento LHCf espera resolver el "enigma del muón". ^{[ 20 ] [ 21 ]}

• Contenido multimedia relacionado con el experimento LHCf en Wikimedia Commons.
• Registro del experimento LHCf en INSPIRE-HEP

46°14′09″N 6°03′18″E / 46.23583°N 6.05500°E / 46.23583; 6.05500