Construcción y caracterización de un detector de cámara proporcional multialambres

Construction and characterization of a multiwire proportional chamber detector

Se construyó y caracterizó un detector gaseoso de partículas tipo “cámara proporcional multialambres”, conocida por sus siglas en inglés como MWPC. El detector consta de un circuito electrónico dentro de una caja hermética de acrílico en una atmósfera de gas apropiado. Una vez verificado su funcionamiento mecánico y eléctrico, se realizó la caracterización como detector de partículas. Se midió la curva característica, consistente en la carga eléctrica colectada en los electrodos, en función del voltaje aplicado. Luego se midió la curva de conteo de muones provenientes de la radiación cósmica en función del voltaje, conocida como “curva plateau”. Las mediciones se realizaron con diferentes mezclas de gases: 100% Aire, 100% Ar, 100% CH4 y 90%Ar + 10% CH4 (P10).En los resultados se discute el funcionamiento del detector para distintos voltajes, con estas mezclas de gas. El mejor desempeño fue obtenido con la mezcla P10, para la cual el detector funciona en la región proporcional, para voltajes entre 3700 V y 4000 V, con un voltaje óptimo de operación de 3850 V.

1. INTRODUCCIÓN

Entre los años 1967 y 1968 se desarrolló el detector gaseoso "cámara proporcional de multialambres" (MWPC), por el físico Georges Charpak (1968). Este dispositivo sentó nuevos precedentes en el campo de los detectores de partículas, por su capacidad de localización, mejora en la resolución espacial de unos cientos de micras, y excelente resolución energética. Además, la cámara MWPC permite registrar hasta un millón de conteos por segundo. Este dispositivo inició el camino hacia la creación de detectores con mayor velocidad, precisión y, tal vez lo más importante, la digitalización de las señales para su integración a un sistema computarizado.

La MWPC contribuyó en la realización de experimentos, los cuales permitieron, entre otras: encontrar nuevas partículas masivas, descubrir los bosones W y Z en el CERN (Knoll 1989), el quark charm en SLAC y Brookhaven y el "quark top" en el Fermilab (Sauli 1978). Actualmente, este dispositivo continúa siendo un componente esencial de investigación en algunos experimentos como el LHC en el CERN (ALICE collaboration 2008) y OLYMPUS en Alemania (Milner 2014), en detectores de neutrones (Wang 2018) y otras aplicaciones en física de altas energías y física médica (Sharma 2001).

Es así que la cámara MWPC constituye un hito en el desarrollo de los detectores de partículas, por los beneficios y logros que se alcanzaron con su invención. Por ello se considera importante el estudio de este detector, como un primer paso en la implementación de un laboratorio de investigación de detectores gaseosos. La motivación del grupo CRYOMAG para la realización de este trabajo, es la función didáctica que representa el acercamiento práctico a la fabricación y caracterización de un detector gaseoso.