Kozmični rekorder!

Peter Križan (FMF UL in IJS), 10.3.2017

Med kozmičnimi delci  (o njih smo govorili v blogu prejšnji teden) smo našli rekorderja (glej spodnjo sliko), ki je v enem od sklopov spektrometra, elektromagnetnem kalorimetru, pustil rekordnih 150 GeV energije, to je petnajstkrat več, ko se je bo sprostilo pri trku elektrona in pozitrona v  pospeševalniku SuperKEKB.

Sled, ki jo v elektromagnetnem kalorimetru spektrometra Belle II pustil kozmični delec z rekordno energijo. Barvni indeks označuje količino energije, ki jo je zaznal posamezni kristal.

Elektromagnetni kalorimeter je najtežji detektorski sklop v spektrometru Belle II, z mehansko podporo vred ima maso 43 ton. Sestavljen je iz 8736 kristalov cezijevega jodida, dopiranih s talijem, CsI(Tl). Tak kristal je scintilator: kristal zasveti, če nabit delec v njem pustijo energijo. Imenitna lastnost scintilatorjev je, da je količina svetlobe sorazmerna z deponirano energijo. Če torej s svetlobnim senzorjem zaznamo svetlobo, ki prihaja iz kristala, lahko iz tega sklepamo na količino energije, ki jo je nabit delec pustil v kristalu. Dodatek primesi (dopiranje) – v tem primeru talija – ni kar tako: tako predelan kristal izseva tridesetkrat več svetlobe, kot bi jo čisti CsI.

Elektromagnetni kalorimeter v spektrometru Belle II; označena je tudi  central drift komora, o kateri smo govoril prejšnji teden

Kristali CsI(Tl) so dolgi 30 cm, v preseku pa merijo približno 5cm x 5cm. Dobimo jih tako, da iz taline cezija in joda prav počasi vlečemo velik kristal, ingot, kot ga vidimo na spodnji sliki levo. Za to potrebujemo posebne peči in precej znanja; ta ingot so izdelali v Institutu za scintilacijske materiale v Harkovu v Ukrajini, eni izmed najbolj znanih institucij za razvoj in proizvodnjo scintilatorjev. Scintilacijsko svetlobo zaznamo s parom fotodiod, ki ju pritrdimo na eni od stranic kristala. Kristal, diodi in elektroniko za obdelavo kristalov svetlobno zatesnimo.

Gradnik elektromagnetnega kalorimetra:  levo surov ingot cezijevega jodida, desno v črn ovitek zavit 30 cm dolg kristal CsI(Tl) s svetlobnim senzorjem, parom fotodiod in pripadajočo elektroniko

Medtem ko je bil kalorimeter v sodčastem delu kalorimetra ves čas predelave spektrometra Belle II na svojem mestu, smo oba pokrova, sprednjega in zadnjega, odstranili in zamenjali elektroniko za obdelavo signalov iz fotodiod. Po nekaj letih mirovanja smo pred mesecem dni 5-tonski kar nekaj milijonov vreden zadnji pokrov elektromagnetnega kalorimetra srečno dodali detektorju z elegantnim manevrom, ki ga najdete tudi v filmčku na YouTube.

Montaža 5-tonskega zadnjega pokrova elektromagnetnega kalorimetra

Kozmične delce, ki jih koristno uporabljamo za testiranje drift komore (glej blog prejšnji teden), uporabimo tudi za preizkušanje in umerjanje elektromagnetnega kalorimetra. Tole sta sledi dveh kozmičnih delcev v zadnjem pokrov kalorimetra. Detektor odlično deluje, kot kažeta spodnji sliki.

Kozmična miona na poti skozi zadnji pokrov elektromagnetnega kalorimetra

Ostali blogi iz te serije: seznam je tukaj in tukaj.

Blog 'Na lovu za osnovnimi delci' – Znanost na cesti