Ímãs, alvos e detectores

Ímãs
Os ímãs, tanto os eletroímãs convencionais ou os ímãs supercondutores, são colocados ao longo do tubo do acelerador em intervalos regulares. Estes ímãs mantêm o feixe de partículas confinado e focalizado.

Foto cedida SLAC Ímã do linac

Foto cedida SLAC Os ímãs são usados para confinar o feixe de partículas

Imagine que o feixe de partículas é como bolinhas de chumbo atiradas de uma espingarda de chumbinho. Normalmente, as bolinhas (elétrons) tendem a se espalhar. Se as bolinhas são dispersadas, então elas não provocam muitas colisões em uma pequena área do alvo. Entretanto, se as bolinhas são confinadas por uma força externa (magnetismo) para um caminho estreito, então elas provocarão muitas colisões em uma área estreita do alvo. Quanto mais colisões, mais acontecimentos são observados em qualquer experiência.

Foto cedida SLAC Os ímãs são organizados com os pólos opostos para confinar o raio de partícula

Os ímãs geram um campo dentro de seu núcleo. Não há força magnética no centro em que os elétrons viajam. Se os elétrons se extraviam do centro, eles sentirão uma repulsão magnética para o meio. Organizando os ímãs em uma série de pólos alternados, os elétrons podem continuar confinados pela extensão do tubo.

Alvos
Os alvos variam com o tipo de experiência. Alguns alvos podem ser finas folhas de metal. Em algumas experiências, os feixes de diferentes partículas (elétrons, pósitrons) colidem um com o outro dentro dos detectores.

Detectores
Os detectores são uma das mais importantes partes do equipamento no acelerador. Eles vêem as partículas e a radiação depois da colisão. Existem vários tipos de detectores, desde câmaras de bolhas e névoa até detectores eletrônicos em estado sólido. Um laboratório de colisor pode ter vários tipos de detectores localizados em várias partes do acelerador. Por exemplo, uma câmara de bolhas contém um gás líquido, como o hidrogênio líquido. Como as partículas liberadas da colisão passam através da câmara, eles vaporizam um pouco do líquido, deixando uma trilha de bolhas, como mostra a figura abaixo.

Foto cedida pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley A partícula X0 passando pela câmara de bolhas

Um detector de câmara de névoa tem um vapor saturado no interior. À medida que uma partícula energética passa pelo vapor, este é ionizado, produzindo uma trilha como a de um jato que atravessa uma nuvem (veja O que são aqueles rastros de nuvens brancas atrás dos jatos?" para mais detalhes).

Um detector no SLAC é o Grande Detector do SLAC (SLD - SLAC Large Detector). O SLD é um grande detector de estado sólido em forma de barril, equivalente a seis andares, e pesa mais de 4 mil toneladas!

Foto cedida SLAC Visão lateral do SLD

Foto cedida SLAC Interior do SLD

O SLD é um detector multicamadas e cada camada vê um evento diferente:

• detector vertex - detecta a posição das trilhas das partículas;
• câmara de deslocamento - detecta as posições das partículas carregadas em vários pontos ao longo de suas trilhas. As trilhas curvadas revelam o momento da partícula (relacionado à sua massa e velocidade);
• detector Cerenkov - vê a radiação liberada por partículas se movendo (rapidamente) e determina a velocidade das partículas;
• calorímetro de argônio líquido - pára a maioria das partículas e mede suas energias;
• calorímetro de ferro quente - detecta múons (uma das partículas subatômicas);
• bobina do ímã - separa os dois calorímetros.

Para detalhes sobre o funcionamento de cada parte, veja Centro do Visitante Virtual do SLAC: Detectores (em inglês).

Foto cedida SLAC Diagrama de um evento no SLD: as linhas verde e vermelha mostram as trilhas das partículas através do detector