Бөлшектік идентификация: Бөлшектерді анықтау, детекторы арқылы өтетін бөлшектер туралы ақпаратты пайдаланады. Масса, импульс, жылдамдық – негізгі өлшемдер.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бөлшектерді анықтау – бөлшектің бөлшектерді анықтағыш арқылы өте қалдырған іздерін пайдаланып, оның түрін анықтау процесі. Бөлшектерді анықтау арқасында бөгде сигналдар азаяды, өлшеулердің дәлдігі артады және бұл бөлшектерді анықтағыштардағы көптеген зерттеулер үшін өте маңызды.
Particle identification is the process of using information left by a particle passing through a particle detector to identify the type of particle. Particle identification reduces backgrounds and improves measurement resolutions, and is essential to many analyses at particle detectors.
Зарядталған бөлшектер
Зарядталған бөлшектер түрлі техникалар арқылы анықталды. Барлық әдістердің негізі – бөлшектің импульсін қадағалау камерасында өлшеу және зарядталған бөлшектің массасын, соның ішінде оның табиғатын анықтау үшін оның жылдамдығын өлшеу болып табылады.
Charged particles have been identified using a variety of techniques. All methods rely on a measurement of the momentum in a tracking chamber combined with a measurement of the velocity to determine the charged particle mass, and therefore its identity.
Арнайы иондану
Зарядталған бөлшектер затта иондану арқылы энергиясын жоғалтады, бұл жоғалту жылдамдығымен ішінара анықталады. Бірлік қашықтыққа шаққандағы энергия жоғалуы әдетте dE/dx деп аталады. Энергия жоғалуы арнайы детекторларда немесе энергия жоғалуын өлшеуге бағытталған іздеу камераларында өлшенеді. Материалдың жұқа қабатындағы энергия жоғалуы үлкен ауытқуларға бейім, сондықтан dE/dx-ті дәл анықтау үшін көптеген өлшемдер қажет. Төмен және жоғары энергиялы аймақтардағы жеке өлшемдер ескерілмейді.
A charged particle loses energy in matter by ionization at a rate determined in part by its velocity. The energy loss per unit distance is typically called dE/dx. The energy loss is measured either in dedicated detectors, or in tracking chambers designed to also measure energy loss. The energy lost in a thin layer of material is subject to large fluctuations, and therefore accurate dE/dx determination requires a large number of measurements. Individual measurements in the low and high energy tails are excluded.
Ұшу уақыты
Ұшу уақыты детекторлары зарядталған бөлшектердің жылдамдығын өзара әрекеттесу нүктесінен ұшу уақыты детекторларына немесе екі детектор арасындағы қашықтықты жүруге кеткен уақытты өлшеу арқылы анықтайды. Бөлшектердің түрлерін ажырату мүмкіндігі бөлшектердің жылдамдығы жарық жылдамдығына жақындағанда азаяды, сондықтан бұл әдіс тек кішкентай Лоренц коэффициентіне ие бөлшектер үшін тиімді.
Time of flight detectors determine charged particle velocity by measuring the time required to travel from the interaction point to the time of flight detector, or between two detectors. The ability to distinguish particle types diminishes as the particle velocity approaches its maximum allowed value, speed of light, and thus is efficient only for particles with a small Lorentz factor.
Черенков детекторлары
Черенков сәулесі зарядталған бөлшек материалдан жарық жылдамдығының n есе кем жылдамдықпен өтетін кезде пайда болады, мұндағы n – материалдың сындыру көрсеткіші. Фотондардың зарядталған бөлшектің қозғалыс бағытына қатысты бұрышы жылдамдыққа тәуелді. Әртүрлі Черенков детекторының геометриялық түрлері қолданылған.
Cherenkov radiation is emitted by a charged particle when it passes through a material with a speed greater than c/n, where n is the index of refraction of the material. The angle of the photons with respect to the charged particle direction depends on velocity. A number of Cherenkov detector geometries have been used.
Фотондар
Фотондар детектордың электромагниттік калориметрісінде барлық энергиясын қалдыратынымен анықталады, бірақ олар нейтралды болғандықтан трекинг камерасында (мысалы, ATLAS ішкі детекторы) көрінбейді. Электромагниттік калориметрдің ішінде ыдырайтын нейтралды пион осы эффектті қайта жасай алады.
Photons are identified because they leave all their energy in a detector's electromagnetic calorimeter, but do not appear in the tracking chamber (see, for example, ATLAS Inner Detector) because they are neutral. A neutral pion which decays inside the EM calorimeter can replicate this effect.
Электрондар
Электрондар ішкі детекторда із ретінде көрінеді және барлық энергиясын электромагниттік калориметрде қалдырады. Калориметрде тіркелген энергия, тректелген камерада өлшенген импульсқа сәйкес болуы керек.
Electrons appear as a track in the inner detector and deposit all their energy in the electromagnetic calorimeter. The energy deposited in the calorimeter must match the momentum measured in the tracking chamber.
Мюон
Мюондар басқа зарядталған бөлшектерге қарағанда көбірек материалды тесіп өтеді, сондықтан оларды ең сыртқы детекторларда табуға болады.
Muons penetrate more material than other charged particles, and can therefore be identified by their presence in the outermost detectors.
Тау бөлшектері
Тауды анықтау үшін таудың адрондық ыдырауынан туындаған тар "жетті" обыкновенды кварк жеттерінен ажырату керек.
Tau identification requires differentiating the narrow "jet" produced by the hadronic decay of the tau from ordinary quark jets.
Нейтринолар
Нейтринолар бөлшектерді анықтағыштарында өзара әрекеттеспейді де, сол себепті байқалмай қашып кетеді. Олардың бар екені оқиғадағы көзге көрінетін бөлшектердің импульсының тепе-теңдігінің бұзылуы арқылы анықталады. Электрон-позитрон коллайдерлерінде нейтриноның импульсы мен энергиясы үш өлшемнің барлығында да қайта құрастырылуы мүмкін. Нейтрино энергиясын қайта құрастыру үшін зарядталған бөлшектерді дәл анықтау қажет. Хадрондық коллайдерлерде сәуле бағытына перпендикуляр импульс ғана анықталуы мүмкін.
Neutrinos do not interact in particle detectors, and therefore escape undetected. Their presence can be inferred by the momentum imbalance of the visible particles in an event. In electron positron colliders, both the neutrino momentum in all three dimensions and the neutrino energy can be reconstructed. Neutrino energy reconstruction requires accurate charged particle identification. In colliders using hadrons, only the momentum transverse to the beam direction can be determined.
Бейтарап адрондар
Кейде нейтралды адрондарды калориметрлерде анықтау мүмкін. Атап айтқанда, антинейтрондар мен KL0-ларды анықтауға болады. Нейтралды адрондарды электрон-позитрон коллайдерлерінде де, нейтринолар сияқты, сол тәсілмен анықтауға болады.
Neutral hadrons can sometimes be identified in calorimeters. In particular, antineutrons and KL0s can be identified. Neutral hadrons can also be identified at electron positron colliders in the same way as neutrinos.
Ауыр кварктар
Кварк дәмдерін анықтау, реактивтің қай кварктан пайда болғанын білдіреді. B-таңбалау, яғни төменгі кварктарды анықтау, ең маңызды мысал. B-таңбалау b кваркінің адрондық ыдыраудағы ең ауыр кварк екеніне негізделген (топ кваркі ауыррақ, бірақ ыдырауда топ кваркі болуы үшін, одан кейін ыдырайтын ауыр бөлшектің туындауы қажет). Бұл b кваркінің өмір сүру ұзақтығы қысқа екенін және оның ыдырау нүктесін ішкі трекерде табуға болатынын көрсетеді. Сонымен қатар, оның ыдырау өнімдері шоққа перпендикуляр орналасқандықтан, реактивтің көп саны пайда болады. Шарм кварктарын да осыған ұқсас әдістермен анықтауға болады, бірақ массасы аз болғандықтан бұл өте қиын. Жеңіл кварктардан туындаған реактивтерді анықтау мүмкін емес, себебі QCD фондық шуында оларды ажырату өте қиын, мұндай реактивтердің саны тым көп.
Quark flavor tagging identifies the flavor of quark a jet comes from. B tagging, the identification of bottom quarks, is the most important example. B tagging relies on the b quark being the heaviest quark involved in a hadronic decay (tops are heavier but to have a top in a decay is necessary to produce some heavier particle to have a subsequent decay into a top). This implies that the b quark has a short lifetime and is possible to look for its decay vertex in the inner tracker. Additionally, its decay products are transversal to the beam, resulting in a high jet multiplicity. Charm tagging using similar techniques is also possible, but extremely difficult due to the lower mass. Tagging jets from lighter quarks is simply impossible, due to QCD background there are simply too many indistinguishable jets.