Calorímetros ATLAS y CMS

Compact Muon Solenoid es el nombre extendido de CMS y apunta a la decisión de tener una buena identificación de muones. Una buena calorimetría electromagnética asegura que los fotones y los electrones se midan bien. La elección de un campo fuerte 4Tesla, a Atlas 2Tesla, asegura mejores mediciones de impulso de vía. Tener un volumen limitado para la calorimetría hadrónica es el precio que se paga.

Lo racional es que los electrones y los fotones de los muones dan un mejor manejo a la nueva física que los chorros en bruto. El calorímetro hadrónico es útil para disparar en la falta de Et para seleccionar canales de física, pero será la precisión de las mediciones de muones y electrones/fotones lo que permitirá la discriminación de varios canales para la nueva física esperada.

Creo que fue Feynman quien dijo: "si quieres ver el interior de los relojes, no los golpees entre sí, tomas un destornillador". Es la razón por la cual los experimentos con neutrinos y e+e- tuvieron tanto éxito en el mapeo del modelo estándar: los fotones, electrones y muones debido a la interacción electrodébil son los destornilladores (tiempo invertido en el caso del colisionador de hadrones).

1) ¿Por qué es eso? ¿Es esto solo un subproducto del tamaño reducido del calorímetro hadrónico CMS?

Mis investigaciones me llevaron a este libro: " AT THE LEADING EDGE. The ATLAS and CMS LHC Experiments ". Creo que la mayoría de las preguntas generales sobre el diseño de esos detectores están respondidas en el libro. Si bien parece que es muy difícil señalar una razón particular para las decisiones de diseño. En el capítulo 10 se explican las ideas más allá del diseño del HCAL para CMS.

Para el CMS, se enfatizan el rastreador y el ECAL, por lo que la decisión fue colocar el HCAL dentro del solenoide para un mejor diseño del imán. Otro requisito es un fácil mantenimiento. Ya que fuiste crítico con eso, estoy citando:

Una característica única de CMS es su estructura basada en anillos móviles, lo que permite un muy buen acceso y mantenimiento de los elementos del detector. Esta característica de diseño tenía la contrapartida para el HCAL en el sentido de que el sistema de lectura (sistema electrónico frontal) tenía que colocarse dentro del volumen magnético. Cualquier ubicación alternativa para los fotodetectores estaba tan lejos que habría habido una pérdida de luz prohibitivamente grande en las fibras ópticas largas y transparentes.

Entonces, el HCAL debe ser pequeño al incorporar los fotodetectores. Y todo tiene que operar en un campo magnético de 4T, el punto es que los tubos fotomultiplicadores dejan de funcionar allí. estoy citando:

Desafortunadamente, los fototubos pierden su ganancia rápidamente en un campo magnético (debido a la incapacidad de enfocar los electrones).

Entonces parece que la respuesta a la pregunta (1) es: tamaño reducido, campo magnético y modularidad.

2) ¿Esas resoluciones son definitivas o las colaboraciones pueden mejorarlas cuando tengan más datos? ¿Cómo?

Depende de lo que quieras decir con "final". Estas resoluciones se midieron en pruebas de haz en SPS. La descripción de esas pruebas se da en las referencias [10] y [11] o en el documento en cuestión. Parte de los módulos se colocaron bajo las distintas vigas de SPS. Citando ref. sobre ALICIA [10]:

5.7.2 Rendimiento de la tapa final hadrónica. Alrededor
del 25 % de los módulos de producción en serie estuvieron expuestos a haces de muones, electrones y piones con energías de hasta 200 GeV en el CERN SPS [ 150 ]
... El % de todos los módulos de producción del calorímetro de mosaico se ha medido ampliamente en períodos de haz de prueba dedicados en el CERN SPS. ... 5.7.4.2 Mediciones combinadas del haz de prueba del calorímetro LAr y de teja El rendimiento combinado de los calorímetros electromagnéticos y de teja de barril LAr se midió en 1996 en el haz H8 en el CERN SPS. La configuración utilizó módulos prototipo de los dos calorímetros.

En ese sentido, esas resoluciones son definitivas.

Pero también le pregunté a un experimentador y me dijo que hay un procedimiento que se llama "la comprensión" de un detector. Debe medir el rendimiento del detector como un todo, teniendo en cuenta todo: geometría, disparadores, etc. Por lo que entendí, ambos detectores aún no se comprenden por completo.