Por qué hay que calibrar los detectores del LHC del CERN

Parece una obviedad. Cada detector ha sido diseñado para cumplir con una función bien definida y ha sido fabricado con los mayores estándares de calidad. La mayoría cumple sobradamente con las específicaciones técnicas. Además, han sido instalados con sumo cuidado. Por qué entonces hay que calibrar los detectores para poder buscar física más allá del modelo estándar de las partículas elementales. Una imagen vale más que mil palabras. La figura de arriba muestra la proyección 2D de la posición 3D de todos los detectores (píxeles) internos del  experimento ATLAS en el LHC del CERN. Estos píxeles de los detectores de silicio permitem reconstruir las trayectorias de las partículas tras las colisiones con gran precisión. Una imagen bonita, pero que hay comparar con la imagen teórica esperada. La figura de abajo nos muestra un detalle de esta comparación. Se comparan los resultados de la imagen experimental más precisa hasta ahora (figura izquierda) con lo que se esperaba observar según el diseño teórico de la distribución de dichos detectores (figura derecha), obtenida gracias al uso de simulaciones por ordenador tipo Montecarlo. Las diferencias saltan a la vista. Son muy parecidas pero hay grandes diferencias. La imagen “real” es mucho más difusa, lo que indica que algunos detectores no están exactamente donde deberían estar. Los errores son muy pequeños, del orden de décimas de milímetro. Errores inevitables en el mayor detector de partículas del mundo, con más de 7000 toneladas y una sección transversal de 45×25 metros cuadrados. Una décima de milímetro en 25 metros parece muy poco pero ha de ser localizada y tenida en cuenta. Para reconstruir las trayectorias con la máxima precisión posible es necesario conocer exactamente dónde está cada detector (píxel) con el mínimo error posible y sólo la medida experimental permite saberlo. Estas medidas permiten calibrar todos los algoritmos y corregir todos los defectos (aunque sean del orden de las décimas de milímetro) que se observen. Una labor de chinos, pero una labor necesaria. Una labor que no se puede realizar con el LHC parado. Hay que estudiar muhas colisiones conocidas, colisiones en las que sabemos exactamente la respuesta que tienen que dar cada uno de los detectores, que comparada con la que realmente ofrecen, nos permite corregir la diferencia (diferencia que puede ser decisiva cuando se empiece a buscar física más allá del modelo estándar, física para la que no sabemos que se va a observar).  Nos lo cuenta estupendamente Ceri Perkins, “Detector detectives,” ATLAS e-News, 13 July 2010.

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