Detector CLAS - CLAS detector
CEBAF Large Acceptance Spectrometer (CLAS) é um detector de física de partículas e nuclear localizado no Hall B experimental do Laboratório Jefferson em Newport News , Virginia , Estados Unidos. É usado para estudar as propriedades da matéria nuclear com a colaboração de mais de 200 físicos (CLAS Collaboration) de muitos países ao redor do mundo.
O feixe de elétrons de 0,5 a 12,0 GeV do acelerador do Laboratório Jefferson é trazido para o "Hall B", o corredor experimental que abriga o sistema CLAS. Elétrons ou fótons no feixe de entrada colidem com os núcleos dos átomos no "alvo" da física localizado no centro do CLAS. Essas colisões geralmente produzem novas partículas, muitas vezes depois que os núcleons-alvo (prótons e nêutrons) são brevemente excitados para versões de massa mais pesada dos prótons e nêutrons familiares. Pode ser criada uma grande variedade de partículas de massa intermediária, de vida curta, chamadas "mésons". O elétron espalhado, bem como as partículas produzidas com vida mais longa, viajam através do detector CLAS, onde são medidos. Os físicos de partículas usam essas medições para deduzir a estrutura subjacente de prótons e nêutrons e para entender melhor as interações que criam essas novas partículas.
O sistema detector CLAS esteve operacional de 1998 a maio de 2012. A partir dessa data, a análise dos dados arquivados continuou por alguns anos, conforme se pode verificar nas publicações. Desde 2012, foi construído um sistema semelhante, mas novo, denominado CLAS12, que iniciou as operações com feixes de partículas em 2017.
Visão geral da função do detector
O detector CLAS foi notável entre os dispositivos na área de física de partículas hadrônicas por ter uma aceitação muito grande; em outras palavras, mediu o momento e os ângulos de quase todas as partículas produzidas nas colisões elétron-próton. Praticamente esférico, o detector mede 30 pés de diâmetro. Ele circundava o alvo físico, que era tipicamente um pequeno cilindro de hidrogênio líquido (o núcleo do hidrogênio é composto de um único próton) ou deutério (com um núcleo consistindo de um nêutron e um próton).
Cada colisão de partícula-alvo é chamada de "evento". Um elaborado sistema de aquisição de dados registra cada evento medido pelos detectores de partículas, até vários milhares de eventos por segundo em média. Esses dados são então transferidos para uma "fazenda" de processadores de computação. Equipes de físicos analisam os eventos, em busca de novos tipos de partículas ou informações relacionadas à estrutura subjacente do próton.
Descrição do Detector
Um diagrama do detector CLAS é mostrado na Figura, bem como uma fotografia do detector quando foi parcialmente aberto para manutenção. O alvo da física está no centro. Partículas carregadas são detectadas em quase todas as direções, excluindo as direções muito para frente (feixe) e para trás (feixe), e também excluindo as direções azimutais ocupadas por seis bobinas de campo magnético toroidal. O detector foi projetado em uma forma aninhada, com camadas sucessivas de detectores de partículas para rastrear os caminhos das partículas ou registrar os tempos de voo das partículas. O campo magnético toroidal faz com que a partícula carregada do alvo se curve em arcos em direção ou longe da linha de feixe. As partículas que saem do alvo passam primeiro por um contador de tempo para registrar o início de suas trajetórias. As partículas então atravessam três pacotes de câmaras de deriva que são usadas para rastrear seus caminhos através do campo magnético e, assim, permitir a determinação de seu momento.
Fora do campo magnético, uma camada de detectores de tempo mede o tempo de passagem das partículas a uma distância de cerca de quatro metros do alvo. Dividir o comprimento do caminho de uma trilha de partículas pelo tempo de viagem fornece a velocidade. Saber o momento e a velocidade de uma partícula leva à sua identificação por meio de sua massa. O detector CLAS também contém detectores adicionais na direção direta ( contadores Cherenkov e calorímetros eletromagnéticos ), cujo objetivo é distinguir elétrons de outros tipos de partículas, como píons.
Programa de Física
Duas categorias de experimentos foram realizados com CLAS: usando elétrons no feixe e usando os chamados fótons reais criados a partir do feixe de elétrons. Experimentos usando espalhamento de elétrons sondam principalmente a estrutura dos prótons e suas excitações em várias "escalas de comprimento" subnucleares. Experimentos usando feixes de fótons reais investigam principalmente a produção e decadência de mésons e bárions excitados.
A lista dos trabalhos científicos e técnicos resultantes do programa CLAS encontra-se no final deste artigo. A gama de questões abordadas é ampla, como pode ser visto na seguinte lista de tópicos fornecidos em nenhuma ordem particular:
- Espalhamento inelástico de elétrons no núcleo para estudar a criação e decadência dos estados excitados do núcleo
- Produção de foto e eletro Hyperon, explorando o espectro do estado fundamental e excitando bárions estranhos
- Fotoprodução de méson fora do núcleo, em busca de estados mesônicos não contabilizados no modelo de quark
- Eletrodesintegração de alvos nucleares para estudar as correlações entre os núcleos dentro do núcleo
- Espalhamento inelástico profundo de elétrons com produção de mésons usando feixe polarizado e / ou alvo para estudar a distribuição 3D completa de quarks dentro do núcleo
Instituições colaboradoras (cumulativo desde 1989)
- Arizona State University - Tempe, AZ
- California State University - Dominguez Hills, CA
- Carnegie Mellon University - Pittsburgh, PA
- Universidade Católica da América - Washington, DC
- CEA-Saclay - Gif-sur-Yvette, França
- Christopher Newport University, Newport News, VA
- Florida International University - Miami, FL
- Florida State University - Tallahassee, FL
- George Washington University - Washington, DC
- Universidade Estadual de Idaho - Pocatello, ID
- INFN, Laboratori Nazionali di Frascati - Frascati, Itália
- INFN, Sezione di Genova - Genova, Itália
- Institut de Physique Nucléaire - Orsay, França
- ITEP - Moscou, Rússia
- James Madison University - Harrisonburg, VA
- Universidade Kyungpook - Daegu, Coreia do Sul
- Universidade Estadual de Moscou - Moscou, Rússia
- Mississippi State University - Miss State, MS
- Norfolk State University - Norfolk, VA
- Universidade Estadual Técnica e Agrícola da Carolina do Norte - Greensboro, NC
- Universidade de Ohio - Athens, OH
- Old Dominion University - Norfolk, VA
- Rensselaer Polytechnic Institute - Troy, NY
- Rice University - Houston, TX
- O Colégio de William e Mary - Williamsburg, VA
- Thomas Jefferson National Accelerator Facility - Newport News, VA
- Union College - Schenectady, NY
- Universidad Técnica Federico Santa María - Valparaíso, Chile
- Universidade da Califórnia em Los Angeles - Los Angeles, CA
- Universidade de Connecticut - Storrs, CT
- Universidade de Edimburgo - Edimburgo, Escócia
- Universidade de Glasgow - Glasgow, Escócia
- Universidade de Massachusetts - Amherst, MA
- Universidade de New Hampshire - Durham, NH
- Université Paris-Sud 11 - Orsay, França
- Universidade de Richmond - Richmond, VA
- Universidade da Carolina do Sul - Columbia, SC
- Universidade da Virgínia - Charlottesville, VA
- Virginia Polytechnic Institute - Blacksburg, VA
- Instituto de Física de Yerevan - Yerevan, Armênia