El Detector RICH


El detector de radiación Cherenkov (RICH-Ring Imaging CHerenkov) permite determinar la carga de las partículas  incidentes y estimar su velocidad con una precision de 0.1%.

newline


 ¿En que consiste el Efecto Cherenkov?

Cuando una partícula cargada atraviesa un material distrorsiona las distribuciones de carga de las moléculas y su variación con el tiempo da lugar a la emisiónd eradiación electromagnética (luz). En principio, ninguna partícula material puede viajar con una velocidad superior a la velocidad de la luz en el vacío (c=299 792 458  m/s). Sin embargo cuando la luz atraviesa un medio material, como el cristal, su velocidad es inferior a c (c/n) en una cantidad  (n>1; índice de refracción) que depende de las propiedades del material. Si una partícula cargada atraviesa dicho material con una velocidad inferior a la velocidad de la luz en el vacío pero superior a la velocidad de la luz en el medio, las ondas electromagnéticas  emitidas forman aproximadamente el mismo ángulo respecto a la velocidad de la partícula y crean un cono de luz (Radiación Cherenkov) con su eje a lo largo de la treyectoria de la partícula en el medio. La apertura del cono está relacionada con la velocidad de la partícula cargada incidente y la intensidad de la radiación emitida (número de fotones) con el cuadrado de su carga eléctrica.


newline

¿Como funciona el RICH?

La figura 2.A se muestra el esquema de funcionamiento del RICH. Cuando un apartícula cargada atraviesa la capa de material radiador induce la emisión de un cono de luz Cherenkov. Este cono se expande al recorrer una distancia en el vacío y finalmente se detecta en un plano formado por una matriz de fotomultiplicadores (detectores de radiacion electromagnética). El corte del cono por esta supericie plana dará lugar a círculos o elipses, según sea su ángulo de incidencia y, mediante diversos algoritmos, podemos reconstruir el cono de radiación y determinar la velocidad y la carga de la partícula incidente. Con el objeto de recolectar el máximo número posible de fotones, la zona de expansión está rodeada por un espejo con forma de cono truncado que redirige hacia el plano de detección aquellos fotones que de otro modo se perderían por los laterales. 

newline


¿Para qué necesitamos el RICH?

La masa es una propiedad fundamental de las partículas. En el detector AMS la masa se determina de un modo indirecto a partir de la “rigidez”  (R=momento/carga) determinada por el detector de trazas (Tracker), la carga eléctrica (Z) determinada en diferentes rangos de momento por el Tracker, el contador de tiempo de vuelo (ToF)  y el RICH” y la velocidad ( β=v/c) de la partícula determinada por el “RICH” y el “ToF” mediante la expresión:

Mass Formula


Es claro que la determinación de la masa depende significativamente de con la velocidad y la gran precisión del RICH  en su determinación (0.1%)  nos permitirá distinguir y analizar los isótopos ligeros de los elementos químicos más abundantes de la radiación cósmica.

newline



RICH Scheme Esquema simplificado del principio de funcionamiento del RICH.


¿Cómo está construido el RICH?

El detector RICH de  AMS-02 RICH consiste en un plano de material radiador, un espejo cónico y un plano de detyección de fotones.

El material radiador que induce la emisión de radiación Cherenkov forma estructura aproximadamente circular (dodecaédrica) de 118.5 cm de diámetro. Está constituido por bloques de aerogel de silicio de 2.7 cm de grosor e índices de refracción entre 1.03 y 1.05 rodenando una región central de 35×35 cm2 que contiene bloques de 5 mm de grosor de Fluoruro de Sodio (NaF) con un índice de refracción de 1.335. El plano de detección tiene una zona central vacía de 64×64 cm2 de supercficie con objeto de no distorsionar la trayectoria de las partículas que llegan al calorímetro electromagnético situado en la parte inferior. La combinación de los dos radiadores optimiza la aceptancia del detector ya que los fotones emitidos por el NaF forman un cono de radiación con mayor ángulo de apertura y llegarán a la zona de detección.

El plano de detección está situado a 47 cm del plano radiador y está constituido por una matriz de 680 fotomultiplicadores con 4×4 sensores cada uno (con ganacia de  106 a 800 V) cubriendo una superficie aproximadamente cicular de 134 cm de diámetro.

Finalmente, con el objeto de no perder los fotones que se dirigen fuera del plano de detección la estructura de cono truncado, limitada superiormente por el material radiador e inferiormente por la matriz de detectores, está rodeada por un espejo cónico de 47 cm de altura formado por una estructura de varias capas reflectantes dispuestas sobre una estructura de fibra de carbono reforzada.

El detector RICH porporciona una medida de la velocidad  β con una precisión de 0.1% para partículas de carga unidad y 0.01% para iones y una medida de la carga con una confución de carga del orden del 10%.

newline


Si desea saber más sobre el detector RICH o el efecto Cerenkov:

» El grupo de AMS del Ciemat


» El grupo de AMS – INFN Bologna


» El efecto Cerenkov (Wikipedia)