Hermetický detektor - Hermetic detector
![]() | tento článek může být pro většinu čtenářů příliš technická na to, aby je pochopili. Prosím pomozte to vylepšit na aby to bylo srozumitelné pro neodborníky, aniž by byly odstraněny technické podrobnosti. (Září 2018) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) |
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Prosince 2009) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
v částicová fyzika, a hermetický detektor (také nazývaný a 4π detektor) je detektor částic navržen tak, aby sledoval všechny možné produkty rozpadu interakce mezi subatomární částice v urychlovač pokrytím tak velké oblasti kolem bod interakce jak je to možné, a zahrnující více typů subdetektorů. Obvykle jsou zhruba válcovité, s různými typy detektorů obalených kolem sebe v soustředných vrstvách; každý typ detektoru se specializuje na konkrétní částice, takže bude detekována a identifikována téměř jakákoli částice. Takové detektory se nazývají „hermetický "protože jsou konstruovány tak, že pohyb částic je zastaven na hranice komory bez jakéhokoli pohybu dále kvůli těsnění;[1] název „4π detektor“ vychází ze skutečnosti, že tyto detektory jsou navrženy tak, aby pokrývaly téměř všechny 4π steradians z plný úhel kolem bodu interakce; pokud jde o standardní souřadnicový systém používaný ve fyzice urychlovačů, je to ekvivalentní pokrytí celého rozsahu azimutální úhel () a pseudorapidita (). V praxi nelze částice s pseudorapiditou nad určitou prahovou hodnotou měřit, protože jsou příliš téměř rovnoběžné s linií paprsku a mohou tak procházet detektorem. Toto omezení rozsahů pseudorapidity, které lze pozorovat, je součástí přijetí detektoru (tj. rozsah fázového prostoru, který je schopen pozorovat); obecně řečeno, hlavním konstrukčním cílem hermetického detektoru je maximalizovat přijetí, tj. zajistit, aby detektor byl schopen měřit co největší oblast fázového prostoru.
První takový detektor byl Mark I. na Stanfordské centrum lineárního akcelerátoru a pro všechny následující detektory urychlovačů byla použita základní konstrukce. Před budováním Mark I se předpokládalo, že většina produktů rozpadu částic bude mít relativně nízkou příčnou hybnost (tj. Hybnost kolmou na paprsková čára ), aby detektory mohly pokrýt pouze tuto oblast. U Mark I a následných experimentů však bylo zjištěno, že nejzásadnější interakce částic u urychlovačů zahrnují velmi velké výměny energie, a proto velké příčné momenty nejsou neobvyklé; z tohoto důvodu je pro moderní fyziku částic kritické velké úhlové pokrytí.
Mezi novější hermetické detektory patří CDF a DĚLAT detektory na Fermilab Tevatron akcelerátor, stejně jako ATLAS a CMS detektory na CERN LHC. Tyto stroje mají hermetickou konstrukci, protože se jedná o detektory pro všeobecné účely, což znamená, že jsou schopné studovat širokou škálu jevů ve fyzice vysokých energií. Specializovanější detektory nemusí mít nutně hermetickou konstrukci; například, LHCb pokrývá pouze přední oblast (s vysokou pseudorapiditou), protože to odpovídá oblasti fázového prostoru, která je pro její fyzikální program nejzajímavější.
Součásti

Existují tři hlavní komponenty hermetického detektoru. Zevnitř ven, první je a stopař, který měří hybnost z účtováno částice zakřivené v a magnetické pole. Dále existuje jeden nebo více kalorimetry, které měří energii nejvíce nabitých a neutrální částice jejich absorpcí v hustém materiálu a a mion Systém který měří jeden typ částic, který není zastaven pomocí kalorimetrů a může být stále detekován. Každá komponenta může mít několik různých specializovaných dílčích komponent.
Trackery
Magnetické pole detektoru způsobí rotaci částice zrychlením ve směru kolmém na její pohyb přes Lorentzova síla. Sledovací systém vykresluje spirála sledovat takovou nabitou částice, která prochází magnetickým polem tak, že ji lokalizuje v prostoru v jemně segmentovaných vrstvách detekčního materiálu, obvykle křemík. Poloměr zakřivení částice je úměrná jeho hybnosti kolmé na paprsek (tj. příčná hybnost nebo ) podle vzorce (kde je náboj částice a je magnetická indukce ), zatímco stupeň, ve kterém se pohybuje ve směru osy paprsku, dává hybnost v tomto směru.
Kalorimetry
Kalorimetry zpomalují částice a absorbují jejich energii do materiálu, což umožňuje měření této energie. Často se dělí na dva typy: elektromagnetický kalorimetr, který se specializuje na absorpci interagujících částic elektromagneticky a hadronový kalorimetr, který dokáže detekovat hadrony, které interagují prostřednictvím silná jaderná síla. K detekci těžkých předmětů je zapotřebí zejména hadronový detektor neutrální částice.
Mionský systém
Ze všech známých stabilních částic pouze miony a neutrina projít kalorimetrem, aniž by ztratili většinu nebo veškerou svou energii. Neutrina nelze při experimentech s urychlovačem přímo pozorovat kvůli jejich extrémně malé interakci průřez s hadronovou hmotou (např. detektor je vyroben) a jejich existenci je třeba odvodit z tzv „chybějící“ (příčná) energie který se počítá, jakmile jsou započítány všechny ostatní částice v případě. nicméně miony (které jsou nabité) lze měřit dalším sledovacím systémem mimo kalorimetry.
Identifikace částic
Většina částic má v každém podsystému detektoru jedinečnou kombinaci signálů, což umožňuje identifikaci různých částic. Například an elektron je nabitý a elektromagneticky interaguje, takže je sledován sledovačem a poté ukládá veškerou svou energii do (elektromagnetického) kalorimetru. Naproti tomu a foton je neutrální a elektromagneticky interaguje, takže ukládá svoji energii do kalorimetru, aniž by opustila stopu.
Viz také
- Experiment ATLAS, pro podrobný popis takového detektoru.
- Kompaktní muonový solenoid, pro dobře ilustrovaný popis dalšího takového detektoru.