El acelerador LHC parará dos años, 2019 y 2020, para la realización de la "Fase 1" de mejora (o upgrade) y luego, tras tres años de toma de datos, volverá a detenerse entre 2024 y 2025 para el upgrade "Fase 2".
Después, en 2026, comenzará a funcionar como HL-LHC, es decir, LHC de Alta Luminosidad, diseñado para proporcionar una 'luminosidad' de 3 ab-1.
Con este motivo el CERN ha organizado una ceremonia para marcar el inicio de las obras de mejora del LHC.
Durante 2018 y 2019, CMS
fijará las tecnologías de sensores tanto para el detector de vértices
como para el ETL. La labor del IFCA en 2018 se centra en la
caracterización de píxeles 3D y de LGADs, y su resistencia a la
radiación. A partir de 2020 comenzarán a fabricarse los primeros
prototipos de módulos de sensores de píxeles. El IFCA será uno de los
centros de ensamblaje tanto de prototipos como de módulos finales para
el detector de vértices.
Desde hace ya varios años el IFCA participa en actividades de upgrade para el HL-LHC, en concreto en investigación y desarrollo de sensores de silicio para los futuros detectores de vértices y de timing del experimento CMS. Las futuras condiciones de operación en el acelerador de Alta Luminosidad presentan nuevos retos puesto que el número de colisiones por segundo aumentará considerablemente y esto implica que se necesitan detectores mucho más sofisticados capaces de detectar de manera mucho más rápida y más precisa para poder distinguir unas partículas de otras. Además, estos detectores están sometidos a dosis de radiación mucho más altas.
Por una parte, el detector de vértices, situado muy próximo al punto de colisión, se verá sometido a niveles de radiación sin precedentes, para lo cual es necesario el desarrollo de sensores altamente resistentes. En esta línea el IFCA, junto con otras instituciones españolas, trabaja en el desarrollo y caracterización de píxeles de silicio "3D", una tecnología intrínsecamente resistente a la radiación gracias a un diseño que permite simultáneamente una alta colección de carga en una distancia de deriva pequeña.
Otro reto surge de la inmensa multiplicidad de trazas, ya que se espera que habrá entre 140 y 200 colisiones inelásticas, casi simultáneas ("pileup"), en cada cruce de paquetes de protones. La capacidad de resolver trazas y mantener un nivel de ocupancia aceptable en estas condiciones requiere un detector de vértices de muy alta resolución espacial, por lo que los píxeles 3D se fabrican con un tamaño de celda cuya área es de 2500 micras cuadradas, la sexta parte del tamaño de los píxeles actuales de CMS.
Para mitigar los efectos del pileup, CMS implementará un detector de alta precisión temporal que permita resolver de qué vértice provienen las diferentes trazas. El futuro Endcap Timing Layer (ETL) se basará en la tecnología LGAD (low gain avalanche detectors), sensores de silicio con una pequeña ganancia integrada que tienen una alta resolución temporal gracias a una alta razón señal/ruido. El IFCA fue la primera institución en estudiar esta tecnología creada por el Centro Nacional de Microelectrónica (CNM) en el ámbito de los experimentos de física de partículas, tiene varios años de experiencia en R&D de este tipo de sensores, y participa también en el R&D de sensores para el ETL de CMS.
Parte del equipo del IFCA está trabajando también en las simulaciones necesarias para poder tratar estos datos que provendrán del ETL con posibles búsquedas de partículas de materia oscura o supersimetría. Este nuevo detector de timing será crucial para las búsquedas; pero no solo estas simulaciones, sino que también se está planeando cómo hacer los análisis de datos que nos interesan teniendo en cuenta las nuevas condiciones del acelerador, para que tengan la sensibilidad suficiente.
Las actividades de upgrade se enmarcan en parte dentro de en un proyecto del plan nacional coordinado por el IFCA donde participan el Centro Nacional de Microelectrónica de Barcelona (CNM), el Instituto Tecnológico de Aragón (ITAINNOVA), y el grupo de Ingeniería Electrónica de la Universidad de Sevilla (US-GIE). Otra parte de la actividad se enmarca dentro del proyecto europeo AIDA2020, en el que el IFCA coordina las actividades del equipo de trabajo en sensores de pixel híbridos.
