24. Идентификация частиц и измерение ионизационных потерь.

Идентификация стабильных и долгоживущих частиц производится или в результате анализа их взаимодействия, или с помощью определения их массы и заряда. Разница во взаимодействии в основном используется для идентификации лептонов и фотонов. Для идентификации адронов необходимо знать их заряд и массу. Эту информацию можно извлечь одновременно измеряя импульс и скорость частицы. Для определения массы частицы применяется четыре метода: с помощью измерения ионизационных потерь, времени пролета, черенковского излучения и переходного излучения.

Идентифицируют частицы:

- по характеру их взаимодейстия с детекторной системой

- с помощью измерения массы

Для того, чтобы идентифицировать долгоживущую заряженную частицу, необходимо определить ее заряд Ze и массу m. Импульс p связан с массой m соотношением

p = γmβc → m = p/cβγ;

Импульс p и знак заряда Ze определяются по кривизне треков частицы в магнитном поле. Обычно импульсы определяются с небольшими погрешностями. Основной вклад в разрешение по массам вносит погрешность в определении скорости β.

Для определения скорости β используют следующие методы:

-измерение удельных потерь энергии (dE/dx);

-технику времени пролета (TOF);

-детектирование черенковского излучения;

25. Измерение времени пролета и идентификация частиц.

см №26 +

Измеряя время t пролета частицей расстояния L определяется ее скорость β: β = L/ct.

Метод времени пролета дает хорошие результаты при небольших импульсах.

26. Электромагнитные калориметры. Обоснование выбора е-м калориметра.

см 11 + 28

27. Адронные калориметры.

см 12 + 28

28. Однородные и самплинг калориметры.

В гомогенных калориметрах поглощающий материал одновременно является и детектирующим.

Основное преимущество гомогенных детекторов – хорошее энергетическое разрешение, что связано с тем, что вся энергия падающей частицы поглощается в активной (детектирующей) среде. С другой стороны, гомогенные калориметры труднее сегментировать в поперечном и продольном направлениях, что является недостатком, когда требуется координатная информация. Кроме того, толщины, необходимые для поглощения ливней от высокоэнергетичных частиц, могут превосходить разумные пределы. Это особенно критично для адронных калориметров, поэтому гомогенные калориметры редко используются для регистрации адронных ливней в экспериментах на ускорителях. С другой стороны, они используются в нейтринных эксперименты, в которых для обнаружения редких событий необходимы большие объемы и используются недорогие материалы, например, вода или воздух.

Гомогенные калориметры могут быть разделены на четыре класса: Полупроводниковые калориметры, черенковские калориметры, сцинтилляционные калориметры, калориметры с жидкими благородными газами.

Как правило электромагнитные калориметры гомогенные.

В гетерогенных калориметрах функции поглощения и детектрирования разделены. Это позволяет оптимальным образом выбрать поглотитель. Гетерогенные калориметры обычно имеет структуру сэндвичей – слои поглотителя чередуются с детектирующими слоями. Они также могут представлять собой сцинтилляционные волокна, включенные в свинцовую матрицу. Раздельное считывание отдельных сцинтилляционных волокон обеспечивает прекрасное пространственное разрешение. Такие сцинтилляционные волоконные калориметры могут рассматриваться как трековые детекторы. В гетерогенных калориметрах детектируется только часть энергии ливня.

В калориметрах большая часть поглощаемой энергии приходится на низкоэнергетичные частицы . В частности фото и комптоновские электроны вносят значительный вклад в отклик калориметра. У них изотропное угловое распределение и они "забывают" направление входящих частиц. В результате, не имеет значения как ориентированы детектирующие (активные) слои калориметра. Ранее считалось, что только структура "сэндвич" будет работать. В настоящее время используются различные геометрии, например, волоконные структуры с детектирующими волокнами, расположенными в том же направлении, что и ось ливня.

Типичной частицы в электромагнитном ливне – электрон с энергией ливня~1 МэВ. Пробег таких частиц очень короткий, менее 1 мм в типичных материалов поглотителя, таких как железо или свинец. Это задает масштаб для дискретизации электромагнитного калориметра.

Гетерогенные калориметры могут быть классифицированы в зависимости от типа активной среды: сцинтилляционные калориметры, газовые калориметры, твердотельные калориметры, жидкостные калориметры. В первом случае собирается световой сигнал, в трех других случаях – электрический заряд. В качестве поглотителей часто используют свинец, железо, медь, уран.

В гетерогенных калориметрах часто используются органические сцинтилляторы, которые фомируются в виде волокон или пластин. Такие детекторы относительно дешевы, легко сегментируются, имеют хорошие временные характеристики и приемлемый световыход. Однако они страдают от радиационных повреждений и старения.

Как правило адронные калориметры гетерогенные.