FoCal : um estudo sobre a implementação do calorímetro eletromagnético e hadrônico no experimento Alice

Abstract

Estuda-se a implementação do calorímetro eletromagnético e hadrônico (FoCal), a ser instalado durante a terceira grande pausa do CERN, em 2026–2028. Trata-se de um novo detector com a capacidade de obter medições de fótons diretos em colisões próton-próton e próton-núcleo no regime de pequenos valores de x de Bjorken e cobrindo pseudorapidez de 3,2 < η < 5,8. Para isso, apresenta-se os fenômenos físicos em x pequeno (x < 10-3), as modificações nucleares que surgem em colisões próton-núcleo devido ao efeito recombinação de glúons presentes em dados do SLAC, EMC e LHC. Mostra-se a tecnologia dos calorímetros, analisando a produção de chuveiros eletromagnéticos e chuveiros hadrônicos, quando as paηrtículas incidentes interagem com o detector. Com a análise do funcionamento do calorímetro de amostragem verifica-se que a resolução de energia do calorímetro hadrônico é menor que no caso do calorímetro eletromagnético. Apresenta-se os detalhes técnicos, como o modelo e tipos de materiais utilizados no FoCal e analisa-se a resposta apresentada pelo detector para as medições de fótons diretos. As simulações para o FoCal demonstram um excelente desempenho para medida dos fótons cobrindo um alcance pioneiro de x < 10-6.

The implementation of the electromagnetic and hadronic calorimeter, FoCal, to be installed during the Long Shutdown 3 from CERN, in 2026–2028, is studied. It is a new detector with the capacity of obtaining prompt photons measurements in proton-proton and protonnuclei collisions in the regimen of low values of Bjorken-x and covering pseudorapidity of 3,2 < η < 5,8. In order to do that, this work intends to introduce the physical phenomena in small x (x < 10-3), to investigate the nuclear modifications which arise in proton-nuclei collisions due to gluon recombination effect that is present in data from SLAC, EMC and LHC. The calorimeter technology is going to be studied, analyzing the production of electromagnetic showers and hadronic showers, when the particles interact with the detector. With the analysis of the functioning of the sampling calorimeter, it is verified that the energy resolution from the hadronic calorimeter is lower than in the case of the electromagnetic calorimeter. The technical details are presented, such as the model and types of materials used in FoCal and the answer shown by the detector is analyzed for the measurement of prompt photons. The simulation for FoCal demonstrates excellent performance for the measurement of photons covering a pioneer range of x < 10-6.