- •Частицы
- •Ускорители
- •Каскадный генератор
- •Циклотрон
- •Циклотрон
- •Бетатрон
- •Бетатрон
- •Пример
- •Автофазировка
- •Автофазировка
- •Национальная лаборатория им. Томаса Джефферсона (TJNAF)
- •Национальная лаборатория им. Томаса Джефферсона (TJNAF)
- •Вопрос
- •Вопрос
- •Вопрос
- •Регистрация нейтральных частиц
- •Микростриповые детекторы
- •Искровая камера
- •Типичные пространственные и временные характеристики трековых и координатных детекторов
- •Калориметры
- •Калориметры
- •Разделение переменных
- •Временная часть решения уравнения Шредингера
- •Стационарное уравнение Шредингера
- •Прохождение и отражение волн
- •Трехмерное уравнение Шредингера
- •Статистика
- •Статистика
- •Размер ядра
- •Чётность
Калориметры
Калориметры делятся на два класса – электромагнитные и адронные.
Электромагнитные калориметры служат для измерения энергии электронов, позитронов и фотонов с энергией больше 100 МэВ (они пригодны и для регистрации мюонов). Каскад вторичных частиц развивается за счёт генерации тормозного излучения и рождения электрон-позитронных пар. Толщина электромагнитного калориметра — десятки сантиметров.
В адронных калориметрах первичный адрон производит главным образом вторичные адроны в реакциях неупругого взаимодействия. Адронные ливни имеют бòльшие размеры, чем электромагнитные (соответственно толщина адронного калориметра может достигать нескольких метров), и подвержены значительно бòльшим флуктуациям в числе и типе вторичных частиц. Кроме того, лишь небольшая доля энергии первичного адрона остаётся в детектирующем материале калориметра. В этой связи энергетическое разрешение адронных калориметров в десятки раз хуже электромагнитных. Энергетическое разрешение
калориметров Е/Е пропорционально 1 Е, т. е.
улучшается с ростом энергии. При энергии частицы 100 ГэВ оно составляет доли процента для электромагнитного калориметра и проценты для адронного. Временнòе разрешение калориметра определяется «быстродействием» его детектирующей среды.
Принципыорганизации
многослойногодетектора
Частицы последовательно проходят различные структуры детектора.
Заряженные частицы, такие как протоны, пионы и каоны, детектируются трековым детектором (он расположен ближе всего к точке реакции) и далее — электромагнитным и адронным калориметрами.
Электроны детектируются трековым детектором и электромагнитным калориметром.
Нейтральные частицы, такие как нейтроны и фотоны, не детектируются в трековом детекторе.
Фотоны детектируются электромагнитным калориметром, а нейтроны идентифицируются по энергии, выделяемой в адронном калориметре.
Так как мюоны имеют максимальный пробег в веществе детектора из всех регистрируемых частиц, для их детектирования обычно используют внешние участки детектора — мюонный детектор.
Современныйдетектор
Детектор ATLAS
Детектор ATLAS
5
1
2 |
4 |
|
3
6
1.Вакуумный канал
2.Трековый детектор
3.Соленоидальный магнит
4.Электромагнитный калориметр
5.Адронный калориметр
6.Мюонный детектор
Установка ATLAS размещена под землей на глубине 100 м. Соударения протонных пучков будут происходить каждые 25 наносекунд, т.е. с частотой 40 МГц. При планируемой на первом этапе светимости ускорителя 1033 см−2с−1 при каждом столкновении пучков будет происходить в среднем 2−3 протонных соударения. При светимости 1034 см−2с−1 при каждом
столкновении |
пучков |
будет |
происходить |
~25 протонных соударений. |
|
|
E2 = ( pc)2 +(mc2 )2. |
|
|
|
|
|
|
E2 = ( pc)2 + E |
2. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
E = E |
+ E |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
(E |
0 |
+ E |
)2 = ( pc)2 + E |
2 . |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|||||
p = |
(2E E |
k |
|
+ E |
2 )1/ 2 |
. |
|
|
|
|
|
λ = |
|
|
|
hc |
|
|
|
|
|
. |
|
|||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
(2E E |
|
|
+ E |
|
2 |
|
1/ 2 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
k |
|
) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
λ = |
|
|
|
|
|
hc / mc2 |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
h / mc |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
||||||||
|
(2E E |
|
|
+ E |
|
2 1/ 2 |
/ |
E |
|
[2(E |
|
/ |
E ) +(E |
|
/ |
|
|
|
2 |
1/ 2 |
|
|||||||||||||
|
|
|
k |
|
k |
) |
0 |
|
k |
k |
E ) |
] |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||
λ |
= |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
λ |
(2(E |
|
|
/ E ) +(E |
|
|
2 1/ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
k |
k |
/ E ) |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
c |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|