Részecske azonosítás kísérleti módszerei

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

Galgóczi Gábor

Kísérleti részecske- és magfizikai szeminárium, ELTE 2014 nov. 20.

Előadás vázlata ➔

A részecske azonosítás létjogosultsága

➔

Részecske azonosítás: ➔

Módszerek

➔

Detektorok

➔

ALICE-ból példa


A részecskeazonosítás létjogosultsága ●

LHCb detektor

●

A

●

bomlás

Minden részecskepár invariáns tömege vs. csak kaonoké


Részecskeazonosítás módjai ➔

➔

I. Instabil részecskék megtalálása: ➔

Invariáns tömeg alapján

➔

“Szoftveresen”

II. Stabil részecskék szétválogatása: ➔

Nyugalmi tömeg alapján

➔

Impulzus

➔

Sebesség

➔

“Hardveresen”

Detektorok felbontása ●

“Separation power” jellemzi a detektor “jóságát”

Impulzusspecifikusság ●

Régió ↔ Kölcsönhatás

●

Detektorokat impulzustartományra

I. Anyaggal való kölcsönhatás ●

A detektorrendszerek felépítése hasonló

●

Összekeveredhetnek pl. Pion0-> fotonok

II. Nyugalmi tömeg meghatározása ➔

Egy részecskét töltése és nyugalmi tömege határoz meg egyértelműen

Lorentz-tényező:


II. Nyugalmi tömeg meghatározása ●

Impulzus mérése: 1. Pálya sugara

●

Sebesség mérése: 1. Ionizáció által 2. Repülési idő (TOF, Time Of Flight) 3. Átmeneti sugárzás 4. Cserenkov-detektorok


I. Impulzus és ionizáció ●

Pályarekonstrukció - nyomkövetés –

Vizuális

–

Gáztöltésű

–

Félvezető

–

Akár PID


1. Ionizáció v Elektronok Energiaveszteség

- Gázok esetén: W ~ 30 eV ➔

Sebesség

- Félvezetők:

Pixeldetektorok több elektron de nagy térfogatra nem alkalmazhatóak

Szilícium: Eg = 3,6 eV Germánium: Eg = 2,85 eV


Bethe-Bloch formula

Delta a sűrűség korrekció (by Fermi)


Egy jó példa, a TPC Time projection chamber ➔ Gáztöltésű ➔ Hatalmas térfogat ➔ Sokszálas kamrákkal olvassák ki ➔ E és M erővonalak párhuzamosak ➔ Pálya térbeli helyzete ➔


ALICE TPC 5 m hosszú ➔ 85-225 cm-es sugár → 90 m^3 ➔ Középső elektróda 100 kV ➔ 400 V/cm-es elektromos ➔ <0,1 K-es fluktuáció ➔ 560 000 kiolvasó szegmens ➔ 10 000-es erősítés ➔ Ütközésenként 10000< részecske szétválogatása ➔


ALICE TPC mérése

➔

11 millió esemény Kísérleti részecske- és magfizikai szeminárium, ELTE 2014 nov. 20.

TPC eseményei 0,7 GeV-es szelet ➔ Statisztikus eredmények ➔




●



2. Repülési idő (TOF) mérés Ahol az ionizációs görbék metszik egymást/átfednek nem lehet sebességet mérni ➔ Erre egy megoldás a TOF ➔ Egy detektor méri az ütközések időpontját ➔ Adott távolságban elhelyezett detektorok → repülési idő ➔


Egy példa, az ALICE TOF

MRPC-k alkotják a TCP és TRD külső felületén ➔ 150 000 db 9 cm^2-es kiolvasó szegmens → 150 m^2 ➔

TOF kalibráció


Elválasztási képesség


ALICE TOF mérés

Érzéketlen rész: 300 MeV/c-nél kisebb impulzus Kísérleti részecske- és magfizikai szeminárium, ELTE 2014 nov. 20.

ALICE TOF eredmény




●



3. Átmeneti sugárzás Két különböző törésmutatójú anyag határán ➔ Elektronok leválogatása ➔ Gamma > 1000 felett ➔ Kisugárzott energia...képlet ➔ 1/137 az esélye → több száz határfelület ➔


Egy példa, az ALICE TRD ●

p > 1 GeV/c esetén pion/e

●

TPC-ben a kettő megkülönböztethetetlen

●

1 kamra: 3 cm radiátor, 0.7 cm detektor

●

The ALICE TRD 522 kamra, 6 réteg, 2.9 ≤ r ≤ 3.7 m → tracking is


ALICE TRD




●



4. Cserenkov-sugárzás ●

●

c < v adott közegben → Cserenkovsugárzás. Jó törésmutató megválasztása kruciális


4. Cserenkov-detektorok ●

Két fajta: –

Küszöbdetektorok

–

Gyűrű formáló detektorok

Nagy impulzusok → legpontosabb


ALICE HMPID ●

Törésmutató fontossága


HMPID mérés

Kombinált PID A különböző technikák méréseit kombinálva széles impulzus tartomány ➔ TOF és TPC eredményeit kombinálva: ➔


Összefoglalás ●

Részecske azonosítás létjogosultsága

●

Részecske azonosítás: –

Módszerek

–

Detektorok

–

ALICE-ból példa


Köszönöm a figyelmet! Hivatkozások: Christian Lippmann, Particle identification, arXiv:1101.3276, 2011 ➔ J. Alme for the ALICE collaboration, The ALICE TPC, a large 3-dimensional tracking device with fast readout for ultra-high multiplicity events, arXiv:1001.1950, 2010 ➔ Yvonne Pachmayer, Particle Identiﬁcation with the ALICE Transition Radiation Detector, arXiv:1402.3508, 2013 ➔


35

36

Részecskeazonosítás módjai ●

I. Az anyaggal való kölcsönhatás –

●

II. Bomlási mintázat –

●

Elektron, müon és fotonok Nehezebb részecskék, pl. Lambda

III. Nyugalmi tömeg (←Impulzus és sebesség) –

Hadronok

–

Egy plot h mit detektálnak általában....

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

Recommend Documents