Детектор элементарных частиц

Детектор элементарных частиц

Детектор элементарных частиц (в экспериментальной физике элементарных частиц также детектор ионизирующего излучения) - устройство, предназначенное для обнаружения и измерения параметров элементарных частиц высокой энергии, таких как космические лучи или частиц, рождающихся при ядерных распадах или в ускорителях.

Классификация.

Устаревшие типы детекторов элементарных частиц:

• Пузырьковая камера
• Камера Вильсона
• Искровая камера

Детекторы, предназначенные для ядерной физики и физики элементарных частиц:

• Детектор переходного излучения
• Сцинтилляционный счетчик
• Полупроводниковый детектор
• Газовый ионизационный детектор
• Калориметр
• Время-пролетный счетчик
• Детектор черенковского излучения

Детекторы для экспериментов на встречных пучках

В физике элементарных частиц понятие «детектор» относится не только к датчикам для регистрации частиц, но и к большим установкам, созданным на их основе и включающим в себя также инфраструктуру для поддержания их работоспособности. Как правило, такие установки сейчас создаются большими международными группами. Поскольку постройка большой установки требует крупных финансовых затрат и больших человеческих усилий, в большинстве случаев она применяется не для одной определенной задачи, а для целого ряда различных измерений. Основными требованиями, которые предъявляются к современному детектору для экспериментов на ускорителе, являются:

• Высокая эффективность. При работе установки должен быть малый процент потерянных частиц или частиц с плохо определенными параметрами
• Способность к разделению различных типов частиц, которые образуются в процессе работы установки
• Способность точного измерения импульса заряженных
• Способность измерения энергии фотонов с высокой точностью

Для специфических задач могут потребоваться дополнительные требования. Например, для экспериментов, измеряющих CP-нарушение в системе B-мезонов играет важную роль координатное разрешение в области взаимодействия пучков. Необходимость выполнения этих условий привело к созданию типичной на сегодняшний день схемы универсального многослойного детектора. В англоязычной литературе такую схему принято сравнивать с луковицей.

В направлении от центра, то есть от области взаимодействия пучков, к периферии типичный детектор для ускорителя на встречных пучках состоит как правило из следующих систем:

• Трековая система, которая предназначена для регистрации траектории прохождения заряженной частицы: координат области взаимодействия, углов вылета
• Система идентификации, которая позволяет отделить друг от друга различные типы заряженных частиц
• Калориметр предназначен для измерения энергии частиц путем их полного поглощения. Это единственный способ регистрации фотонов (так как они не являются заряженными и, следовательно, не оставляют следов в трековой системе). Фотоны и электроны образуют электромагнитный ливень в веществе и, таким образом, полностью поглощаются.
• Мюонная система, которую можно отнести к системе идентификации. Чаще всего она встраивается в железо, замыкающее магнитный поток соленоида трековой системы.

Практическое применение

Помимо научных экспериментов, детекторы элементарных частиц находят применение и в прикладных задачах. В медицине применяются рентгеновские аппараты с малой дозой облучения, томографы, используется также лучевая терапия. В материаловедении применяется дефектоскопия. Также детекторы элементарных частиц используются для предполетного досмотра пассажиров и багажа в аэропортах.