BCAL

Calorímetre o monitor de lluminositat d’ALEPH
Institut d’Altes Energies – UAB

 

“El BCAL de l’ALEPH: la UAB cap a les gran lligues”
Enrique Fernández explica, a través de la història del BCAL i les seves repercussions per a la recerca  feta per la UAB,  la importància de treballar amb tecnologia al llindar del coneixement, de fer coses, instruments mai fets.

Dissenyat i construït pel Grup de Física d’Altes Energies de la UAB, BCAL són quatre calorímetres o monitors de mostreig de lluminositat en línia del projecte ALEPH per a l’accelerador de partícules LEP (Large Electron-Positron collider) del CERN a Suïssa.

Al LEP s’acceleraven electrons i positrons (les antipartícules dels electrons) fins a la màxima energia possible i es feien xocar. Els experiments de BCAL al LEP (situat en el mateix túnel que l'accelerador LHC actual a Suïssa) es van desenvolupar entre 1989 i 1995, i van tenir com a objectiu mesurar quantes col·lisions de partícules hi ha en un temps determinat. Els resultats van ser determinants en la consolidació de l'anomenat Model Estàndard de la Física de Partícules.

Foto del BCAL, 1986 c.a.

Els estudis sobre les interaccions entre partícules són molt importants conceptualment però hi ha molt detalls sense aplicació, fins ara. Malgrat això, quan es treballa amb tecnologia al llindar del coneixement es poden trobar coses inesperades de gran utilitat. Aquest tipus de recerca porta la tecnologia al límit i permet entrenar investigadors que aprenen fent coses, instruments que mai s’han fet.

Els quatre monitors BCAL estaven disposats respecte la resta del detector ALEPH com mostren la següents imatges.

Disposició  dels 4 calorímetres de mostreig respecte la resta del detector ALEPH
(López, Javier. “Estudio preliminar de la medida de la sección eficaz total en LEP, utilizando el monitor de luminosidad de ALEPH BCAL++”, XXVII Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física, IFAE – UAB, 2009)

Cadascun dels mòduls (amb 2 monitors) es trobaven amb un angle θ amb respecte el tub del feix d'entre 5 a 30 mrad que passava entre ells. El que es detectava era la coincidència entre les senyals produïdes per les partícules originades pel xoc, rebudes simultàniament pels monitors ubicats davant i darrere del punt de col·lisió. 

El Grup de Física d'Altes Energies del Departament de Física de la UAB va començar com a tal en 1985. L'any 1986 es va unir a ALEPH. En els experiments de Física de Partícules, els detectors (els aparells en els quals registren les partícules produïdes en els xocs) són construïts per les col·laboracions. Els detectors són molt complexos i el temps de disseny i construcció dura anys i involucra a centenars de persones de molts països (uns 400 en el cas d’ALEPH), el que fa que la sociologia d’aquestes col·laboracions sigui també, en certa mida, un experiment en si mateix.

Malgrat que el grup de la UAB es va unir a ALEPH quan el detector ALEPH ja estava sent construït, el grup de la UAB va reprendre i va impulsar un aspecte que no estava cobert.  En concret, un detector que fos capaç de mesurar l'anomenada “lluminositat” de l'accelerador en un temps ràpid, de minuts. La lluminositat és proporcional a la freqüència amb que els electrons xoquen amb els positrons i és una quantitat crucial per pràcticament tots els resultats que s'obtenen de l'anàlisi de les dades de ALEPH.

Primers càlculs i dissenys del  BCAL (extret de la lliberta de notes del Dr. Enrique Fernández, 1985)

Un esforç important del grup de la UAB en els seus començaments va ser precisament el convèncer a la col·laboració de la necessitat de construir aquest detector (BCAL) i, per descomptat, també aconseguir la confiança dels col·legues que el detector arribés a funcionar correctament en el termini de temps disponible: finalment, el projecte es va ser aprovar i va ser encarregat al “petit” Grup de la UAB.

A l’esquerra anotacions amb les que el Dr. Enrique Fernández va preparar la primera reunió amb el Dr. Jack Steinberger, primer director de ALPEH, 1985 i premi Nobel de Física aquest mateix any); a la dreta disseny inicial del BCAL (extrets de la lliberta de notes del Dr. Enrique Fernández, 1985)

El detector, al que finalment es va donar el nom de BCAL (SALM i VSAT van ser altres noms que es van considerar), va funcionar correctament en LEP des del començament (el 14 de juliol de 1989) fins a 1995. Els experiments de BCAL al LEP (situat en el mateix túnel que l'accelerador LHC actual) van ser determinants en la consolidació de l'anomenat Model Estàndard de la Física de Partícules. En una segona etapa de LEP, BCAL va ser substituït per un altre detector similar anomenat BCAL++, també construït pel grup de Barcelona, llavors ja constituït com l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE). LEP va estar en funcionament durant dotze anys, des de 1989 fins al 2001.

El Dr. Jack Steinberger davant del detector ALEPH, Imatge titulada "No comment" (The ALEPH Experience, 2005, pàgina 6)

El Grup de Física d'Altes Energies del Departament de Física de la UAB va ser l’origen de l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), consorci entre la UAB i la Generalitat de Catalunya, que va ser establert el 1991 com a entitat amb un estatut legal propi independent. Des d’un punt de vista funcional depèn del Departament d’Innovació, Universitat i Empresa de la Generalitat. L’IFAE té estatus d’institut universitari lligat a la UAB. Una fórmula que permet que el personal de l’institut participi en els programes de la UAB, tot oferint cursos de Màster i la direcció de tesis doctorals.

L’IFAE va esdevenir un centre de recerca de primer ordre internacional i ha participat en projectes de gran interès mundial. El BCAL exemplifica un d’ells, el projecte ALEPH. es va utilitzar en el detector ALEPH del LEP des del seu començament en 1989 fins al final de l'etapa "LEP-I", en 1995. Durant aquest període es produïren més d'un centenar de publicacions sobre els resultats de l'anàlisi de les dades de ALEPH i per tant de BCAL, que era una part d’ALEPH. De fet ALEPH és ja "part de la història".

Actualment, un parell de monitors BCAL es conserven al mNATEC a Terrassa i un altre al despatx del professor Enrique Fernández a l’IFAE.

 

Bibliografia

Més informació