Il calorimetro adronico (HCAL) misura l’energia degli adroni, particelle fatte di quarks e gluoni (come ad esempio il protone, il neutrone, i pioni ed i kaoni). Inoltre, fornisce una misura indiretta della presenza di particelle neutre che non interagiscono, come i neutrini. 

La misura di queste particelle è importante in quanto ci può dare informazioni sulla produzione di nuove particelle, come il bosone di Higgs o particelle supersimmetriche (versioni molto più massive della particelle che conosciamo). Siccome queste particelle decadono, possono produrre nuove particelle che non lasciano tracce nel rivelatore. 

Per “snidare” queste particelle HCAL deve essere ermetico, cioè deve contenere ogni particella che viene prodotta dalle collisioni. In questo modo se si osservano particelle prodotte in una direzione del rivelatore ma non nell’altra, con uno sbilanciamento dell’impulso e dell’energia (misurati nel piano “trasverso” rispetto alla direzione dei fasci), possiamo dedurre che si sono prodotte delle particelle “invisibili”. 

Per assicurarsi di stare osservando un fenomeno nuovo, piuttosto che lasciar “sfuggire” particelle familiari dal rivelatore, HCAL è composto da vari strati sfalsati tra loro così da non avere buchi allineati dove una particella potrebbe passare inosservata. HCAL è un calorimetro a campionamento, che significa che è costruito alternando strati di un denso materiale “assorbitore” con strati di “scintillatore” fluorescente, materiale che produce un rapido impulso di luce quando una particella lo attraversa. 

Ogni strato corrispondente di assorbitore e di scintillatore è suddiviso geometricamente in mattonelle delle stesse dimensioni. Fibre ottiche speciali raccolgono la luce di scintillazione e la trasmettono a scatole di lettura dove fotomoltiplicatori amplificano il segnale. Quando la quantità di luce in una particolare regione del rivelatore viene sommata su varie mattonelle in profondità, definita come una torre, questo somma di luce fornisce una misura dell’energia della particella.

Sipesso e massivo, farlo entrare HCAL dentro il disegno “compatto” di CMS è stata una sfida tecnologica, visto che gli sciami di particelle prodotti dall’interazione di un adrone con il materiale assorbitore sono larghe, e la quantità minima di materiale necessario per contenere questi sciami e misurarli è di circa un metro. 

Per raggiungere il risultato, HCAL è suddiviso in sezioni barrel (HB e HO), endacp (HE) e in avanti (HF). 

Ci sono 36 settori nella sezione barrel di HCAL, pesanti ognuno 26 tonnellate. HB è l’ultimo rivelatore posizionato all’interno della bobina superconduttrice del magnete, mentre la sezione esterna del barrel (HO), è posta all’esterno della bobina, ed assicura che non ci siano “perdite” di energia dal retro di HB. 

Analogamente ci sono 36 settori negli endcaps per misurare l’energia di particelle che emergono dalle estremità del solenoide del magnete. Infine i due calorimetri adronici in avanti (HF), sono posizionati ad entrambe le estremità di CMS, per misurare la miriade di particelle che emergono dalle collisioni ad un piccolo angolo rispetto alla direzione dei fasci. I due HF ricevono la maggior parte dell’energia delle particelle prodotte dalle collisioni e devono essere molto resistenti alla radiazione ed usano materiali diversi rispetto alle altre sezioni di HCAL.