Részecske azonosítás kísérleti módszerei

Részecske azonosítás kísérleti módszerei Galgóczi Gábor

Előadás vázlata A részecske azonosítás létjogosultsága Részecske azonosítás: Módszerek Detektorok ALICE-ból példa

A részecskeazonosítás létjogosultsága LHCb detektor A bomlás Minden részecskepár invariáns tömege vs. csak kaonoké

Részecskeazonosítás módjai I. Instabil részecskék megtalálása: Invariáns tömeg alapján Szoftveresen II. Stabil részecskék szétválogatása: Nyugalmi tömeg alapján Impulzus Sebesség Hardveresen

Detektorok felbontása Separation power jellemzi a detektor jóságát

Impulzusspecifikusság Régió Kölcsönhatás Detektorokat impulzustartományra

I. Anyaggal való kölcsönhatás A detektorrendszerek felépítése hasonló Összekeveredhetnek pl. Pion0-> fotonok

II. Nyugalmi tömeg meghatározása Egy részecskét töltése és nyugalmi tömege határoz meg egyértelműen Lorentz-tényező:

II. Nyugalmi tömeg meghatározása Impulzus mérése: 1. Pálya sugara Sebesség mérése: 1. Ionizáció által 2. Repülési idő (TOF, Time Of Flight) 3. Átmeneti sugárzás 4. Cserenkov-detektorok

I. Impulzus és ionizáció Pályarekonstrukció - nyomkövetés Vizuális Gáztöltésű Félvezető Akár PID

1. Ionizáció v Elektronok Energiaveszteség - Gázok esetén: W ~ 30 ev Sebesség - Félvezetők: Pixeldetektorok több elektron de nagy térfogatra nem alkalmazhatóak Szilícium: Eg = 3,6 ev Germánium: Eg = 2,85 ev

Bethe-Bloch formula Delta a sűrűség korrekció (by Fermi)

Egy jó példa, a TPC Time projection chamber Gáztöltésű Hatalmas térfogat Sokszálas kamrákkal olvassák ki E és M erővonalak párhuzamosak Pálya térbeli helyzete

ALICE TPC 5 m hosszú 85-225 cm-es sugár 90 m^3 Középső elektróda 100 kv 400 V/cm-es elektromos <0,1 K-es fluktuáció 560 000 kiolvasó szegmens 10 000-es erősítés Ütközésenként 10000< részecske szétválogatása

ALICE TPC mérése 11 millió esemény

TPC eseményei 0,7 GeV-es szelet Statisztikus eredmények

2. Repülési idő (TOF) mérés Ahol az ionizációs görbék metszik egymást/átfednek nem lehet sebességet mérni Erre egy megoldás a TOF Egy detektor méri az ütközések időpontját Adott távolságban elhelyezett detektorok repülési idő

Egy példa, az ALICE TOF MRPC-k alkotják a TCP és TRD külső felületén 150 000 db 9 cm^2-es kiolvasó szegmens 150 m^2

TOF kalibráció

Elválasztási képesség

ALICE TOF mérés Érzéketlen rész: 300 MeV/c-nél kisebb impulzus

ALICE TOF eredmény

3. Átmeneti sugárzás Két különböző törésmutatójú anyag határán Elektronok leválogatása Gamma > 1000 felett Kisugárzott energia...képlet 1/137 az esélye több száz határfelület

Egy példa, az ALICE TRD p > 1 GeV/c esetén pion/e TPC-ben a kettő megkülönböztethetetlen 1 kamra: 3 cm radiátor, 0.7 cm detektor The ALICE TRD 522 kamra, 6 réteg, 2.9 r 3.7 m tracking is

ALICE TRD

4. Cserenkov-sugárzás c < v adott közegben Cserenkovsugárzás. Jó törésmutató megválasztása kruciális

4. Cserenkov-detektorok Két fajta: Küszöbdetektorok Gyűrű formáló detektorok Nagy impulzusok legpontosabb

ALICE HMPID Törésmutató fontossága

HMPID mérés

Kombinált PID A különböző technikák méréseit kombinálva széles impulzus tartomány TOF és TPC eredményeit kombinálva:

Összefoglalás Részecske azonosítás létjogosultsága Részecske azonosítás: Módszerek Detektorok ALICE-ból példa

Köszönöm a figyelmet! Hivatkozások: Christian Lippmann, Particle identification, arxiv:1101.3276, 2011 J. Alme for the ALICE collaboration, The ALICE TPC, a large 3-dimensional tracking device with fast readout for ultra-high multiplicity events, arxiv:1001.1950, 2010 Yvonne Pachmayer, Particle Identiﬁcation with the ALICE Transition Radiation Detector, arxiv:1402.3508, 2013 35

Részecskeazonosítás módjai I. Az anyaggal való kölcsönhatás II. Bomlási mintázat Elektron, müon és fotonok Nehezebb részecskék, pl. Lambda III. Nyugalmi tömeg ( Impulzus és sebesség) Hadronok Egy plot h mit detektálnak általában...