Детектор частиц

В экспериментальной и прикладной физике элементарных частиц , ядерной физике и ядерной технике детектор частиц , также известный как детектор радиации , представляет собой устройство, используемое для обнаружения, отслеживания и/или идентификации ионизирующих частиц , например, тех, которые образуются в результате ядерного распада , космических излучение или реакции в ускорителе частиц . Детекторы могут измерять энергию частиц и другие атрибуты, такие как импульс, спин, заряд, тип частицы, а также просто регистрировать присутствие частицы.

Примеры и типы

Многие из детекторов, изобретенных и используемых до сих пор, представляют собой ионизационные детекторы (из которых газообразные ионизационные детекторы и полупроводниковые детекторы наиболее типичны ) и сцинтилляционные детекторы ; но применялись и другие, совершенно другие принципы, такие как черенковский свет и переходное излучение.

Исторические примеры

Детекторы радиационной защиты

Следующие типы детекторов частиц широко используются для радиационной защиты и производятся в больших количествах для общего использования в ядерной, медицинской и экологической областях.

Дозиметр
Электроскоп (при использовании в качестве портативного дозиметра)
Детектор газовой ионизации
Сцинтилляционный счетчик
Полупроводниковый детектор

Часто используемые детекторы для физики элементарных частиц и ядерной физики

Детектор газовой ионизации
Твердотельные детекторы:
- Полупроводниковый детектор и его варианты, включая ПЗС-матрицы
  - Кремниевый вершинный детектор
- Твердотельный ядерный трековый детектор
- Черенковский детектор
  - Черенковский детектор кольцевой визуализации (RICH)
- Сцинтилляционный счетчик и связанный с ним фотоумножитель , фотодиод или лавинный фотодиод.
  - клетка Лукаса
  - Детектор времени пролета
- Детектор переходного излучения
Калориметр
Микроканальный пластинчатый детектор
Детектор нейтронов

Современные детекторы

Современные детекторы в физике элементарных частиц объединяют несколько вышеперечисленных элементов в слои, напоминающие луковицу .

Детекторы исследовательских частиц

Детекторы, предназначенные для современных ускорителей, огромны как по размерам, так и по стоимости. Термин «счетчик» часто используется вместо термина «детектор» , когда детектор подсчитывает частицы, но не определяет их энергию или ионизацию. Детекторы частиц также обычно могут отслеживать ионизирующее излучение ( фотоны высокой энергии или даже видимый свет ). Если их основной целью является измерение радиации, их называют детекторами радиации , но, поскольку фотоны также являются (безмассовыми) частицами, термин «детектор частиц» по-прежнему верен.

На коллайдерах

В ЦЕРН
- для БАКа
- для LEP
- для СПС
В Фермилабе
- для Тэватрона
  - CDF
  - Д0
- Му2е
В ДЭЗИ
- для ГЕРЫ
В БНЛ
- для РИКЦ
В СЛАК
- для ПеП-II
  - БаБар
- для SLC
  - СЛД
В Корнелле
- для CESR
  - КЛЕО
  - НОВЫЙ
В ИЯФ
- для ВЭПП-2М и ВЭПП-2000
  - без даты
  - СНД
  - КМД
- для ВЭПП-4
  - KEDR
Другие
- MECO от Калифорнийского университета в Ирвине

В разработке

Для Международного линейного коллайдера (ILC)
- CALICE (Калориметр для эксперимента с линейным коллайдером)

Без коллайдеров

На космическом корабле

Альфа-магнитный спектрометр (АМС)
ВАМП (Исследователь частиц темной материи)
Космический гамма-телескоп Ферми
JEDI (Прибор для обнаружения энергетических частиц Юпитера)

Теоретические модели детекторов частиц

Помимо экспериментальных реализаций, теоретические модели детекторов частиц также имеют большое значение для теоретической физики. Эти модели рассматривают локализованные нерелятивистские квантовые системы, связанные с квантовым полем. ^[1] Они получили название детекторов частиц, потому что, когда нерелятивистская квантовая система измеряется в возбужденном состоянии, можно заявить, что обнаружил частицу. ^[2]^[3] представил частицу в ящике Первый пример моделей детекторов частиц в литературе датируется 80-ми годами, когда У. У. Унру для исследования квантового поля вокруг черной дыры. ^[2] Вскоре после этого Брайс ДеВитт предложил упрощение модели: ^[4] что привело к созданию модели детектора Унру-ДеВитта .

Помимо применения в теоретической физике, модели детекторов частиц связаны с экспериментальными областями, такими как квантовая оптика , где атомы могут использоваться в качестве детекторов квантового электромагнитного поля посредством взаимодействия света и материи. С концептуальной стороны детекторы частиц также позволяют формально определить концепцию частиц, не полагаясь на асимптотические состояния или представления квантовой теории поля. Как выразился М. Скалли , с оперативной точки зрения можно сказать, что «частица — это то, что обнаруживает детектор частиц». ^[5] что по сути определяет частицу как обнаружение возбуждений квантового поля.

См. также

Ссылки

^ Мартин-Мартинес, Эдуардо; Монтеро, Мигель; дель Рей, Марко (25 марта 2013 г.). «Обнаружение волновых пакетов с помощью модели Унру-ДеВитта» . Физический обзор D . 87 (6): 064038. arXiv : 1207.3248 . Бибкод : 2013PhRvD..87f4038M . дои : 10.1103/PhysRevD.87.064038 . S2CID 19334396 .
^ Jump up to: ^а ^б Унру, В.Г. (15 августа 1976 г.). «Заметки об испарении черных дыр» . Физический обзор D . 14 (4): 870–892. Бибкод : 1976ФРвД..14..870У . дои : 10.1103/PhysRevD.14.870 .
^ Унру, Уильям Г.; Уолд, Роберт М. (15 марта 1984 г.). «Что происходит, когда ускоряющийся наблюдатель обнаруживает частицу Риндлера» . Физический обзор D . 29 (6): 1047–1056. Бибкод : 1984PhRvD..29.1047U . дои : 10.1103/PhysRevD.29.1047 .
^ Ирвин, Дж. М. (май 1980 г.). «Общая теория относительности – обзор столетия Эйнштейна» . Физический бюллетень . 31 (4): 140. дои : 10.1088/0031-9112/31/4/029 . ISSN 0031-9112 .
^ Скалли, Марлан О. (2009), Муга, Гонсало; Рушхаупт, Андреас; дель Кампо, Адольфо (ред.), «Возвращение к зависящему от времени уравнению Шредингера: квантово-оптические и классические пути Максвелла к волновому уравнению Шредингера» , Время в квантовой механике - Том. 2 , Конспект лекций по физике, вып. 789, Берлин, Гейдельберг: Springer, стр. 15–24, doi : 10.1007/978-3-642-03174-8_2 , ISBN. 978-3-642-03174-8 , получено 19 августа 2022 г.

Джонс, Р. Кларк (1949). «Новая система классификации детекторов радиации». Журнал Оптического общества Америки . 39 (5): 327–341. Бибкод : 1949JOSA...39..327J . дои : 10.1364/JOSA.39.000327 . ПМИД 18131432 .
Джонс, Р. Кларк (1949). «Ошибка: предельная чувствительность детекторов радиации». Журнал Оптического общества Америки . 39 (5): 343. Бибкод : 1949JOSA...39..343J . дои : 10.1364/JOSA.39.000343 .
Джонс, Р. Кларк (1949). «Положительные стороны детекторов радиации». Журнал Оптического общества Америки . 39 (5): 344–356. Бибкод : 1949JOSA...39..344J . дои : 10.1364/JOSA.39.000344 . ПМИД 18144695 .

Дальнейшее чтение

Диафильмы

« Детекторы радиации ». HM Stone Productions, Шлоат. Тэрритаун, Нью-Йорк, Prentice-Hall Media, 1972.

Общая информация

Групен, К. (28 июня – 10 июля 1999 г.). «Физика обнаружения частиц». Материалы конференции AIP, Приборы в физике элементарных частиц, VIII . Том. 536. Стамбул: Дордрехт, Издательство Д. Рейдель, стр. 3–34. arXiv : физика/9906063 . дои : 10.1063/1.1361756 .

[1] Мартин-Мартинес, Эдуардо; Монтеро, Мигель; дель Рей, Марко (25 марта 2013 г.). «Обнаружение волновых пакетов с помощью модели Унру-ДеВитта» . Физический обзор D . 87 (6): 064038. arXiv : 1207.3248 . Бибкод : 2013PhRvD..87f4038M . дои : 10.1103/PhysRevD.87.064038 . S2CID 19334396 .

[:0-2] Jump up to: ^а ^б Унру, В.Г. (15 августа 1976 г.). «Заметки об испарении черных дыр» . Физический обзор D . 14 (4): 870–892. Бибкод : 1976ФРвД..14..870У . дои : 10.1103/PhysRevD.14.870 .

[3] Унру, Уильям Г.; Уолд, Роберт М. (15 марта 1984 г.). «Что происходит, когда ускоряющийся наблюдатель обнаруживает частицу Риндлера» . Физический обзор D . 29 (6): 1047–1056. Бибкод : 1984PhRvD..29.1047U . дои : 10.1103/PhysRevD.29.1047 .

[4] Ирвин, Дж. М. (май 1980 г.). «Общая теория относительности – обзор столетия Эйнштейна» . Физический бюллетень . 31 (4): 140. дои : 10.1088/0031-9112/31/4/029 . ISSN 0031-9112 .

[5] Скалли, Марлан О. (2009), Муга, Гонсало; Рушхаупт, Андреас; дель Кампо, Адольфо (ред.), «Возвращение к зависящему от времени уравнению Шредингера: квантово-оптические и классические пути Максвелла к волновому уравнению Шредингера» , Время в квантовой механике - Том. 2 , Конспект лекций по физике, вып. 789, Берлин, Гейдельберг: Springer, стр. 15–24, doi : 10.1007/978-3-642-03174-8_2 , ISBN. 978-3-642-03174-8 , получено 19 августа 2022 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]