1 - Instrumentação em física de partículas I

Resumo:

O ENTENDIMENTO DA NATUREZA do ponto de vista microscópico é um processo desafiador do ponto de vista experimental que vem se desenvolvendo desde os gregos com o conceito do atomismo. Em particular, desde o final do século XIX, com a descoberta do elétron por J. Thompson e do núcleo atômico por Rutherford, a Física de partículas vem evoluindo em ritmo exponencial em grande medida retroalimentada pela instrumentação criada para suprir os próprios desafios. Como fruto da parceria entre a física experimental e teórica temos atualmente um modelo consistente e baseado em princípios simples de simetria, que explica as interações fundamentais em termos de 2 categorias de partículas elementares, quarks e leptons, e de 3 campos de calibre, força eletromagnética, fraca e forte. O ENVOLVIMENTO de escalas de energia extremamente altas tanto para a criação de estruturas mais pesadas como para acessar pequenas dimensões, além da necessidade de acumular grandes quantidades de dados para viabilizar a descoberta de processos raros, teve como consequência a criação de grandes colaborações internacionais compostas por vários laboratórios, cada um com tarefas específicas dentro do projeto científico. APRESENTAREMOS TEORIA e prática da física dos detectores de partículas e radiações, instrumentos indispensáveis à exploração do mundo subatômico, seja nos laboratórios onde se fazem colisões controladas, seja em experimentos que se utilizam de raios cósmicos. Discutiremos os princípios físicos da interação da radiação com a matéria, o histórico do desenvolvimento dos detectores e os princípios de funcionamento de detectores de partículas. A ênfase deste módulo será em detectores semicondutores de silício. Os alunos terão acesso a demonstrações de diversas técnicas de detecção e da aquisição de dados. Realizarão (i) medidas envolvendo um setup moderno com sensores de alta precisão temporal, utilizados nos experimentos CMS e LHCb instalados no CERN, (ii) medidas envolvendo a tecnologia de detecção de fótons, com sensores (denominados Silicon-Photo Multiplier) utilizados no mais moderno sistema de trajetografia a base de fibras cintilantes ultra-finas já construido, bem como medidas semelhantes às históricas medidas de espalhamento de Rutherford, adaptadas a nova tecnologia de semicondutores.