Para o detector LHCb no Large Hadron Collider, a segunda paralisação prolongada em curso (LS2) do complexo do acelerador do CERN será um período de metamorfose. Após duas execuções de coleta de dados bem-sucedidas, o detector está sendo atualizado para melhorar a precisão de suas medições físicas, muitos dos quais são os melhores do mundo. Haverá, portanto, cinco vezes mais colisões cada vez que pacotes de prótons se cruzam dentro do detector após LS2 e os planos de colaboração do LHCb em aumentar a taxa de leitura de dados de 1 megaHertz para a frequência de interação máxima do LHC de 40 megaHertz (ou a cada 25 nanossegundos).

Além de substituir quase todos os sistemas eletrônicos e de aquisição de dados para lidar com o enorme aumento na produção de dados, O LHCb está substituindo seus detectores de rastreamento por novos, como o rastreador de fibra cintilante, ou SciFi. É a primeira vez que um rastreador tão grande, com uma pequena granularidade e alta resolução espacial, foi feito usando esta tecnologia. O SciFi será colocado atrás do ímã dipolo do LHCb.

Fibras cintilantes, como o nome sugere, são fibras ópticas - com uma base de poliestireno, neste caso, que emite dezenas de fótons no comprimento de onda verde-azulado quando uma partícula interage com eles. Corantes cintiladores secundários foram adicionados ao poliestireno para amplificar a luz e mudá-la para comprimentos de onda mais longos para que possa alcançar fotomultiplicadores de silício personalizados (SiPM) que convertem luz óptica em sinais elétricos. A tecnologia foi bem testada em outros experimentos de física de alta energia. As próprias fibras são leves, eles podem produzir e transmitir luz dentro da janela de 25 nanossegundos e são adequadamente tolerantes à radiação ionizante esperada no futuro.

Cada fibra cintilante que compõe o subdetector tem 0,25 mm de diâmetro e quase 2,5 m de comprimento. As fibras serão embaladas em módulos que residirão em três estações dentro do LHCb, cada um feito de quatro chamados "planos de detecção", com os fotomultiplicadores localizados na parte superior e inferior de cada plano. "As fibras foram minuciosamente examinadas, enrolado em fitas multicamadas, montados em módulos detectores e exaustivamente testados, "explica Blake Leverington, quem coordena parte do projeto SciFi do LHCb. "As fibras fornecem uma precisão de golpe único melhor do que 100 mícrons e a eficiência de golpe único na área do detector é melhor que 99 por cento." No total, mais de 10.000 km de fibras cintilantes feitas com precisão adornarão o LHCb.

Ao contrário dos outros detectores LHC, O LHCb é assimétrico em projeto e estuda partículas que voam muito perto do tubo do feixe após serem produzidas em colisões próton-próton. Contudo, operar um detector sensível tão perto do tubo do feixe traz seus próprios problemas. Simulações mostram que os danos da radiação de detritos de colisão escureceriam as fibras mais próximas ao tubo do feixe em até 40 por cento durante a vida útil do LHCb. Isso tornaria mais difícil para a luz produzida ser transmitida através das fibras, mas espera-se que o detector permaneça eficiente apesar disso.

Os fotomultiplicadores localizados na parte superior e inferior de cada plano de detecção SciFi serão bombardeados por nêutrons produzidos nos calorímetros localizados mais abaixo. O dano da radiação resulta no chamado "ruído escuro", onde elétrons termicamente excitados fazem com que os SiPMs produzam um sinal que imita o sinal proveniente de fótons individuais. Além da proteção colocada entre o SciFi e os calorímetros, um complexo sistema de resfriamento foi desenvolvido para resfriar os SiPMs. "As medições mostraram que a taxa de ruído escuro pode ser reduzida por um fator de dois para cada queda de 10 graus Celsius na temperatura, "ressalta Leverington. Os SiPMs foram montados em barras frias de titânio impressas em 3-D especiais que são resfriadas a -40 graus Celsius.

“O projeto teve contribuições de mais de uma centena de cientistas, alunos, engenheiros e técnicos de 17 institutos parceiros em 10 países, "diz Leverington." Trabalhamos juntos há sete anos para dar vida ao SciFi. "Atualmente, os módulos SciFi, serviços e eletrônicos estão sendo montados e instalados nas 12 estruturas mecânicas na sala de montagem no local do LHCb no Ponto 8 do anel do LHC. Os primeiros componentes SciFi estão planejados para serem instalados na primavera do próximo ano.