Идентификация частиц

Идентификация частиц — это процесс использования информации, оставленной частицей , проходящей через детектор частиц, для идентификации типа частицы. Идентификация частиц уменьшает фон и улучшает разрешение измерений, а также имеет важное значение для многих анализов на детекторах частиц. ^{[ 1 ]}

Заряженные частицы

Заряженные частицы были идентифицированы с использованием различных методов. Все методы основаны на измерении импульса в следящей камере в сочетании с измерением скорости для определения массы заряженной частицы и, следовательно, ее идентичности.

Специфическая ионизация

Заряженная частица теряет энергию в веществе в результате ионизации со скоростью, частично определяемой ее скоростью. Потери энергии на единицу расстояния обычно называют dE/dx. Потери энергии измеряются либо в специальных детекторах, либо в камерах слежения, предназначенных также для измерения потерь энергии. Энергия, теряемая в тонком слое материала, подвержена большим флуктуациям, поэтому точное определение dE/dx требует большого количества измерений. Отдельные измерения в хвостах низкой и высокой энергии исключены.

Время полета

Детекторы времени полета определяют скорость заряженных частиц путем измерения времени, необходимого для перемещения от точки взаимодействия до детектора времени полета или между двумя детекторами. Способность различать типы частиц уменьшается по мере того, как скорость частиц приближается к максимально допустимому значению, скорости света , и, таким образом, эффективна только для частиц с небольшим фактором Лоренца .

Черенковские детекторы

Черенковское излучение излучается заряженной частицей, когда она проходит через материал со скоростью, большей c/n, где n — показатель преломления материала. Угол фотонов относительно направления заряженной частицы зависит от скорости. Использовался ряд геометрических форм черенковских детекторов.

Фотоны

Фотоны детектора идентифицируются, потому что они оставляют всю свою энергию в электромагнитном калориметре , но не появляются в следящей камере (см., например, ATLAS Inner Detector ), поскольку они нейтральны. Нейтральный пион , распадающийся внутри ЭМ-калориметра, может повторить этот эффект.

Электроны

Электроны появляются в виде дорожки во внутреннем детекторе и отдают всю свою энергию в электромагнитном калориметре. Энергия, вкладываемая в калориметр, должна соответствовать импульсу, измеренному в следящей камере.

Мюоны

Мюоны проникают в большую часть материала, чем другие заряженные частицы, и поэтому их можно идентифицировать по их присутствию в самых дальних детекторах.

Тау-частицы

Идентификация тау требует дифференциации узкой «струи», образующейся в результате адронного распада тау, от обычных кварковых струй.

нейтрино

Нейтрино не взаимодействуют в детекторах частиц и поэтому ускользают незамеченными. Об их присутствии можно судить по дисбалансу импульсов видимых частиц в событии. В электрон-позитронных коллайдерах можно восстановить как импульс нейтрино во всех трех измерениях, так и энергию нейтрино. Реконструкция энергии нейтрино требует точной идентификации заряженных частиц. В коллайдерах, использующих адроны, можно определить только импульс, поперечный направлению пучка.

Нейтральные адроны

Нейтральные адроны иногда можно идентифицировать в калориметрах. В частности, антинейтроны и K _L⁰s можно идентифицировать. Нейтральные адроны также можно идентифицировать на электрон-позитронных коллайдерах так же, как и нейтрино.

Тяжелые кварки

кварка Маркировка вкуса определяет вкус кварка, из которого исходит струя . B-метка , идентификация нижних кварков , является наиболее важным примером. B-маркировка основана на том, что b-кварк является самым тяжелым кварком, участвующим в адроном распаде (волчки тяжелее, но для того, чтобы иметь волчок в распаде, необходимо произвести какую-то более тяжелую частицу для последующего распада на волчок). Это означает, что b-кварк имеет короткое время жизни и его вершину распада можно искать во внутреннем трекере. Кроме того, продукты его распада расположены поперечно пучку, что приводит к высокой множественности струи. Маркировка оберегами с использованием аналогичных методов также возможна, но чрезвычайно сложна из-за меньшей массы. Отметить джеты из более легких кварков просто невозможно, поскольку из-за фона КХД неразличимых джетов просто слишком много.

См. также

Ссылки

^ Талли, Кристофер Г., 1970- (2011). Коротко о физике элементарных частиц . Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-1-4008-3935-3 . OCLC 759101271 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[1] Талли, Кристофер Г., 1970- (2011). Коротко о физике элементарных частиц . Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-1-4008-3935-3 . OCLC 759101271 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[ 1 ]