Os cientistas da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI estão criando um detector inédito para o Grande Colisor de Hadrons (LHC). Os autores do trabalho afirmam que o novo dispositivo permitirá estudar pela primeira vez partículas cuja formação permanece um mistério para a física experimental.
Uma das principais tarefas atuais da física experimental é o estudo de hádrons, partículas de interação forte obtidas por meio de colisão de prótons. Após a colisão, os hádrons movem-se em pequenos ângulos na direção dos prótons, o que dificulta seu estudo, afirmam os cientistas. Hoje ainda não existem detectores capazes de distinguir vários tipos de partículas com trajetórias semelhantes.
Para se obter informações sobre o tipo destas partículas, os cientistas colocam no seu caminho dispositivos especiais, chamados de radiadores. Na zona do radiador, surge a chamada irradiação transitória, um efeito eletromagnético produzido pela transição de uma partícula carregada de um ambiente para outro. Os cientistas explicam que sua análise é essencial para a identificação e o estudo de hádrons de tipos diferentes.
Os cientistas da MEPhI foram os primeiros no mundo a encontrar uma série de soluções teóricas e de engenharia que permitem criar um detector de irradiação transitória com base em semicondutores de granulação alta. A parte experimental da pesquisa foi realizada no detector SPS do Grande Colisor de Hádrons.
"Uma zona de vários graus na direção dos prótons em colisão, na qual seria possível acompanhar a formação de diferentes tipos de hádrons, ainda permanece uma ‘zona morta’ para pesquisas feitas no LHC. O trabalho nesta área permitirá compreender mais profundamente a estrutura do próton, estudando as partículas dentro dele e sua interação. Além disso, é só através da resolução deste problema que será possível solucionar o paradoxo da física das partículas cósmicas, que ainda não tem uma explicação adequada: a alteração do espectro das partículas expostas a altas energias até 10^17 eV", conta o pesquisador sênior do Departamento de Física de Partículas Elementares da MEPhI Pyotr Teterin.
Os especialistas da MEPhI foram os primeiros a estudar a distribuição espectral e angular da irradiação transitória, bem como as expressões analíticas para suas distribuições angulares. Isso permite criar detectores de novo tipo para identificar as partículas, comenta o serviço de imprensa da universidade.
"Fizemos um grande trabalho nos campos experimental e teórico buscando novos efeitos e métodos. Provámos, com base nos cálculos de modelos realistas de detectores de irradiação de transição, que é possível determinar espectros dos hádrons com uma exatidão percentual: trata-se de um avanço que deve desempenhar um papel central nos experimentos planejados no LHC", diz Pyotr Teterin.
Os cientistas dizem ter descoberto que a interferência em radiadores multicamadas muda o ângulo principal sob o qual a irradiação de transição é formada, e a dependência deste ângulo da massa das partículas pode ser muito diferente do que prevê a lei geral.
Além disso, os cientistas da MEPhI desenvolveram, no âmbito da pesquisa, novos radiadores e protótipos de detectores de vários tipos, inclusive detectores baseados em semicondutores de alta definição.
Os cientistas tencionam criar, junto com o Instituto Unido de Pesquisa Nuclear em Dubna (Rússia) e com MediPix (um dos projetos do CERN), um detector de irradiação de transição de alto desempenho capaz de monitorar com precisão partículas na área da física de altas energias e raios cósmicos.
O trabalho é patrocinado pela Fundação Russa da Ciência, projeto n.º 16-12-10277.
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