Tesis doctoral de Carlos Manuel Mariñas Pardo
El modelo estándar de la física de altas energías que describe las partículas y las interacciones entre ellas, explica el problema de las masas mediante el mecanismo de higgs. El elemento fundamental de dicha teoría, el bosón de higgs, no ha sido descubierto todavía, aunque se espera poder encontrarlo en el acelerador lhc (gran colisionador hadrónico), recién puesto en marcha en el cern, a las afueras de ginebra (suíza). Dentro de la comunidad científica existe el consenso de que aunque el lhc será la máquina que descubra dicho bosón, será necesaria la fabricación de una nueva generación de aceleradores electrón-positrón para hacer medidas de precisión de su masa, acoplamientos, spin, etc, debido a las ventajas que ofrecen este tipo de máquinas sobre los colisionadores hadrónicos: estados iniciales bien definidos, cinemática conocida y señales físicas limpias sobre fondos moderados. las nuevas máquinas propuestas servirán tanto para romper la barrera de la energía en centro de masas (como el ilc o colisionador lineal internacional) creando nuevas partículas más pesadas, como la de la luminosidad (como superkekb), recogiendo grandes cantidades de datos y mirando las desviaciones de las medidas respecto a las predicciones del modelo estándar. para sacar partido a dichas máquinas y extraer toda la física del alto número de colisiones, es necesario desarrollar conjuntamente una nueva generación de detectores con unas características jamás alcanzadas con anterioridad. En particular, el subsistema más interno, llamado detector de vértices y situado muy próximo al punto de interacción, ha de presentar una alta granularidad de píxeles, con una excelente resolución espacial manteniendo la cantidad de material en límites extraordinariamente bajos y siendo resistente a la radiación con una mínima disipación de potencia. Esta combinación de factores, supone un reto científico de primer nivel. una de las tecnologías candidatas a cumplir con dichos requisitos es el detector depfet. Dicha tecnología, inventada a finales de los años 80 por kemmer y lutz, presenta detección y amplificación en el mismo sistema. Cada píxel está formado por un transistor de efecto campo integrado en un sustrato completamente desertizado. Un implante profundo de tipo n bajo el transistor, crea un mínimo de potencial (denominado puerta interna) para los electrones de señal creados por las partículas incidentes en el detector, que una vez recolectados en dicha puerta interna generan una corriente espejo en el detector proporcional a la carga acumulada. dicha tecnología permite la creación de detectores con un tamaño de píxel extremadamente pequeño (20 micras), con bajo consumo de potencia y, debido a la alta relación señal ruído y a una técnica especial de adelgazado de sensores, detectores ultrafinos (50 micras). en esta tesis, se han caracterizado dos generaciones de sensores depfet, denominados pxd4 y pxd5. Dicha caracterización incluye una optimización de los voltajes de operación del detector y la extracción de los parámetros característicos del sistema (ganancia, relación señal ruído), utilizando tanto fuentes radiactivas como láseres en pruebas en laboratorio. la total caracterización de los detectores se completa con pruebas en haz realizadas en la línea h6 del cern (centro europeo para la física de partículas), con partículas mínimamente ionizantes (piones de 120gev). Así se han realizado estudios de uniformidad de recolección de carga y la extracción de la resolución espacial de dichos sensores. el objetivo central de la tesis y que complementa a los estudios previamente realizados, es la búsqueda de una solución para el enfriamiento del detector. Los detectores de partículas de silicio pierden propiedades a temperaturas elevadas, con lo cual el diseño cuidadoso de dicho sistema, introduciendo la mínima cantidad de material posible y haciendo un enfriamiento eficiente a bajas temperaturas es de absoluta prioridad. En la tesis, las simulaciones térmicas utilizando simulación por elementos finitos se complementan con medidas en laboratorio sobre maquetas del detector. De igual manera, se propone un sistema de enfriamiento del detector y se establecen unas condiciones de contorno óptimas para su funcionamiento. Dichos estudios se complementan con estudios sobre una cubierta térmica, que permitiría crear un entorno protector y libre de humedad donde operar el detector en las condiciones encontradas anteriormente.
Datos académicos de la tesis doctoral «Depfet: a silicon pixel detector for future colliders. fundamentals, characterization and performance«
- Título de la tesis: Depfet: a silicon pixel detector for future colliders. fundamentals, characterization and performance
- Autor: Carlos Manuel Mariñas Pardo
- Universidad: Universitat de valéncia (estudi general)
- Fecha de lectura de la tesis: 21/07/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Carlos Lacasta Llácer
- Tribunal
- Presidente del tribunal: hans-gí¼nther Moser
- Alberto Ruiz jimeno (vocal)
- jochen Dingfelder (vocal)
- abraham Antonio Gallas torreira (vocal)