miniatura|Cambra de projecció temporal del Gran Experiment al Col·lisionador d'Ions del CERN.
En física una Cambra de projecció temporal (TPC, acrònim de l'anglès time projection chamber) és un tipus de detector de partícules que fa ús de camps elèctrics i camp magnètics dins d'un volum sensible de gas o líquid amb l'objectiu de reconstruir en tres dimensions les partícules i les seves interaccions.
Inicis El concepte i disseny original foren proposats el 1974 pel físic nord-americà David R. Nygren, i desenvolupat al Laboratori Lawrence Berkeley. La primera aplicació important per la física de partícules va ser al detector PEP-4 per l'estudi de col·lisions electró-positró amb energies de 29 GeV a l'anell d'emmagatzematge PEP de l'accelerador SLAC.
Una cambra de projecció temporal consisteix en un volum que sovint té forma cilíndrica i que és ple d'un gas que defineix el detector. Dins aquest volum, en la direcció axial del cilindre, s'aplica un camp elèctric. A les plaques terminals del mateix, les tapes, s'hi instal·len cambres proporcionals multifilars (ànodes) i al centre un elèctrode en forma de disc on s'hi aplica una alta tensió o voltatge. S'hi estableixen per tant un camp elèctric entre el disc al centre i cadascuna de les plaques terminals del cilindre. La coordenada z s'identifica generalment amb la direcció axial del cilindre.
Quan una partícula entra al detector i passa a través del gas, produeix una ionització primària al llarg de la seva trajectòria. El temps que triguen els electrons així produïts en arribar a les plaques terminals indiquen la posició original de la ionització primària, és a dir, el punt per on ha passat la partícula entrant (origen del nom de cambra de projecció temporal). És una tècnica semblant a la usada en una cambra de fils. Els files d'ànode a les plaques terminals es disposen de tal manera que proporcionen informació de la coordenada radial, r.
Addicionalment s'aplica també un camp magnètic paral·lel al camp elèctric perquè els electrons segueixin una trajectòria més recta mentre deriven cap al sistema de lectura a les plaques terminals. Això redueix la dispersió lateral causada pels xocs amb el gas i permet reconstruir les traces de les partícules amb més precisió.
Amb els anys i en paral·lel al seu ús creixent en física nuclear, s'han afegit millores per a la amplificació dels electrons que arriben a l'ànode i del senyal. Un exemple són l'efecte multiplicador dels electrons que arriben a l'ànode amb l'ús de gasos multiplicadors de electrons, que poden crear una allau d'electrons segons es mouen a través del gas, el que facilita la seva detecció. També s'han desenvolupat cambres de projecció temporals amb geometries diferents al cilindre, com geometries planes, amb forma de caixa (com els detectors NA49 i NA35 del CERN) o de geometria cilíndrica però amb camps radials en comptes d'axials.
Cambra de projecció temporal amb Argó líquid L'any 1974 , els físics J. Willis i Veljko Radeka van demostrar que calorimetria per absorció total era possible en detectors d'argó líquid i així també poder mesurar la energia dipositada per les partícules al detector.
El 1976, Herbert H. Chen i els seus col·laboradors de la Universitat de Califòrnia a Irvine i de l'Institut Tecnològic de Califòrnia van proposar un dels primers usos d'una cambra de projecció temporal d'argó líquid (LArTPC, acrònim de l'anglès liquid argon time projection chamber). L'objectiu inicial era l'estudi de la dispersió neutrí-electró. Aquests objectius van evolucionar finalment a la mesura de neutrins solars i còsmics, i a l'estudi de la possible desintegració del protó.
De forma independent i pràcticament simultàniament, el físic italià Carlo Rubbia va proposar la construcció d'una cambra de projecció temporal d'argó líquid al CERN per l'estudi a física de partícules d'esdeveniments rars.
Cambra de projecció temporal de fase dual Aquesta tècnica va ser desenvolupada inicialment per a la detecció de radiació l'any 1970. Es caracteritza per l'ús de argó o xenó en les fases líquida i gas en el detector. El programa ZEPLIN de detecció de matèria fosca tipus WIMP en va fer un ús pioner d'aquesta tecnologia de fase dual líquid-gas. En canvi, els detectors XENON i LUX són les implementacions d'última generació d'aquesta tecnologia.
Referències
Categoria:Laboratoris de física