CMS è costituito da un insieme di sistemi di rivelazione indipendenti, chiamati sub-detectors, sensibili al passaggio delle particelle e con funzioni specifiche.

In generale ogni sub-detector è composto da una parte di forma cilindrica, il "barrel", e due "endcap" alle estremità, che fungono da tappi. Lungo l'asse geometrico di questo cilindro ideale passa il tubo a vuoto di LHC nel quale circolano in senso opposto i protoni accelerati, raggruppati in "pacchetti". Questi vengono fatti collidere nel centro del rivelatore e quindi la sua struttura a barrel ed endcaps assisura una copertura quasi ermetica della zona dalla quale emergono le particelle create nell'interazione. I segnali elettrici o luminosi prodotti dalle particelle che attraversano questi sistemi vengono opportunamente raccolti, digitalizzati  e processati da sofisticati programmi di calcolatore per ottenere, alla fine, le informazioni necessarie all'analisi fisica. L'obiettivo è quello di identificare quante più particelle possibile fra quelle create in ogni singola collisione prodotta dall'acceleratore e registrata dall'esperimento, determinarne la carica elettrica e misurarne l'impulso e/o l'energia.

CMS  (vedi figura) è costituito da un magnete solenoidale superconduttore (Superconducting Solenoid) di 6 m di diametro, in grado di produrre al suo interno un campo magnetico uniforme di 3.8 Tesla. All'interno del solenoide sono collocati diversi sub-detectors: un sistema di tracciamento al silicio (Silicon Trackers), in grado di rivelare le tracce lasciate dalle particelle elettricamente cariche; un calorimetro elettromagnetico di cristalli di tungstato di piombo (Electromagnetic Calorimeter), per misurare l'energia di fotoni ed elettroni; un calorimetro adronico (Hadron Calorimeter), formato da piani alternati di scintillatori plastici e ottone per misurare l'energia degli adroni. Al di fuori del magnete, un sistema di grandi rivelatori a gas inseriti fra i piani di acciaio che costituiscono il giogo di ritorno delle linee di flusso del campo magnetico (Steel Return Yoke), ha la funzione di rivelare i muoni (Muon Chambers). 
Per saperne di più: http://cms.cern/detector

IL RIVELATORE DI MUONI

Il gruppo di Bologna è fortemente coinvolto nelle attività legate al rivelatore di muoni.

Identificare e misurare con precisione l’impulso di queste particelle, molto simili agli elettroni ma con una massa circa 200 volte maggiore, è uno degli obiettivi principali di CMS. I muoni sono spesso presenti nel decadimento di particelle molto interessanti, e in diversi casi è stata proprio la presenza di muoni a rivelarne l'esistenza. Ci si aspetta che possano essere prodotti anche nel decadimento di particelle non ancora osservate, consentendo eventualmente la loro scoperta.

Per esempio uno dei modi di decadimento del bosone di Higgs più "pulito" dal punto di vista sperimentale e che ha contribuito in modo determinante alla sua scoperta è quello in quattro muoni nello stato finale. Se si escludono i neutrini, che sfuggono completamente alla rivelazione, i muoni sono le uniche particelle prodotte nelle collisioni a LHC in grado di attraversare i calorimetri di CMS senza essere fermati. Il loro passaggio, che equivale ad identificarli, viene registrato da grandi rivelatori a gas disposti in diversi strati, alternati con piani di acciaio, collocati nella parte più esterna dell'esperimento. I muoni producono un segnale elettrico molto localizzato nel rivelatore, che permette di ricostruire le loro traiettorie. La misura della curvatura di queste "tracce" indotta dal forte campo magnetico di CMS, combinata con quella osservata nel tracciatore al silicio, consente di determinare il segno della carica elettrica del muone e di misurarne l’impulso con grande precisione.

Il sistema di rivelazione dei muoni è costituito da 1846 camere: 250 camere a deriva, formate da Drift Tubes (DT), collocate nel barrel, e 540 Cathode Strip Chambers (CSC) collocate negli endcaps, col compito di tracciare la posizione delle particelle e generare un segnale di trigger veloce; 1056 Resistive Plate Chambers (RPC) costituiscono un sistema ridondante di trigger.
Recentemente la collaborazione ha iniziato ad installare negli endcaps un nuovo sistema di camere del tipo Gas Elecron Multiplier (GEM), con lo scopo di potenziare la rivelazione dei muoni nella regione in avanti, soprattutto in previsione della fase di High Luminosity LHC. DT e RPC sono disposti in cilindri concentrici attorno al tubo a vuoto per formare il barrel, mentre CSC, RPC e GEM formano i dischi degli endcaps, i "tappi" che chiudono il barrel. I molti piani indipendenti e le caratteristiche tecniche di ciascun tipo di sub-detector rendono il rivelatore di muoni robusto e molto selettivo nei confronti dei segnali di fondo.
Per saperne di più:  https://cms.cern/detector/detecting-muons

BEAM RADIATION INSTRUMENTATION and LUMINOSITY (BRIL)

BRIL  (Beam Radiation Instrumentation and Luminosity) è un sub-detector formato da un complesso di piccoli ma sofisticati rivelatori indipendenti che hanno la funzione di misurare in tempo reale la luminosità  dei fasci di LHC in CMS e di monitorare il livello di fondo di radiazione prodotto dall'acceleratore nella zona sperimentale.
La misura della luminosità è effettuata, contemporaneamente, dai rivelatori PLT (Pixel Luminosity Telescope),  BCM1F (Fast Beam Conditions Monitor) e da un readout dedicato di HF (Hadron Forward Calorimeter). Questi "luminometri" sono indipendenti e, assieme alla misura offline effettuata col rivelatore a pixel del tracker, consentono un controllo incrociato, riducendo gli errori sistematici nella misura finale.

Dal 2013 al 2019 il gruppo di Bologna ha partecipato alle attività di costruzione e sviluppo di BRIL, in particolare per il monitor dell'alone del fascio BHM (Beam Halo Monitor).
Per saperne di più: https://cms.cern/news/planning-years-luminosity-measurements-bril  

TRIGGER

All'interno di CMS, alle massime luminosità raggiunte da LHC, avvengono circa un miliardo di collisioni protone-protone al secondo. Tecnicamente non è possibile registrare tutti questi "eventi" e anche se fosse possibile la maggior parte di loro non rivelerebbe fisica interessante.

Per questi motivi l'esperimento è dotato di una sorta di filtro elettronico, il sistema di "trigger", che seleziona gli eventi potenzialmente interessanti e abilita la loro registrazione, riducendo  la frequenza di acquisizione ad alcune centinaia di eventi al secondo.
Per saperne di più: http://cms.cern/detector/triggering-and-data-acquisition