View
41
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
JAK WIDZIMY TO NIEWIDZIALNE. czyli WPROWADZENIE DO DETEKCJI CZ Ą STEK Z. Hajduk IFJ PAN KRAKÓW. Referencje. Niniejszy wykład korzysta z materiałów i danych zawartych w : oraz. CERN Summer Student Lectures 2005 DETECTORS Olav Ullaland, PH Department, CERN. Cel naszego spotkania ?. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
JAK WIDZIMYTO
NIEWIDZIALNEczyli
WPROWADZENIE DO
DETEKCJI CZĄSTEK
Z. HajdukIFJ PAN KRAKÓW
Kwiecień 2007 ZH 2/41
Referencje
Niniejszy wykład korzysta z materiałów i danych zawartych w :
oraz
CERN Summer Student Lectures 2005DETECTORS
Olav Ullaland, PH Department, CERN.
Kwiecień 2007 ZH 3/41
Cel naszego spotkania ?
Poznać bliżej aparaturę i jej zasady działania, stosowaną w badaniu
Mikrokosmosu Czyli świata cząstek elementarnych Tym samym pozwolić Państwu na
łatwiejsze oglądanie tego co zobaczycie Niczym nie przypomina aparatury z jaką na
co dzień spotyka się fizyk spoza tych badań
Kwiecień 2007 ZH 4/41
Jak robimy eksperyment FWE?
Zasada jest prosta:
+ =
Kwiecień 2007 ZH 5/41
Pytania ?
Z lecących szczątków zrekonstruować zegarek i zgadnąć jak działa !
Bardzo uproszczone przedstawienie ale dość akuratne..... To był eksperyment na stałej tarczy
A jakby zderzyć dwa zegarki ??To będzie eksperyment na zderzaczach
Kwiecień 2007 ZH 6/41
Szczątki (ale nie tylko!)
Kwiecień 2007 ZH 7/41
Różne konfiguracje
Kwiecień 2007 ZH 8/41
Składniki każdego eksperymentu
Muon chambers
Identification
Kwiecień 2007 ZH 9/41
Co mierzyć ?
Tory (topologia przypadku, wtórne wierzchołki)
Energię (hadronową i elektromagnetyczną)
Pęd (pomaga w identyfikacji) Identyfikować (jaka cząstka ?) zwykle
przez pomiar prędkości
Kwiecień 2007 ZH 10/41
?????????
Cząstki możemy zobaczyć tylko kiedy oddziałują z materią detektora (stąd neutrina ‘prawie’ niewidzialne)
Oddziaływanie o którym myślimy odbywa się zawsze poprzez depozyt energii
Przeglądniemy te zjawiska
Kwiecień 2007 ZH 11/41
Prehistoria
Wystarczyło stwierdzić że cząstka przeszła/była ! Geiger-Müller, komora mgłowa Rutherford i scyntylująca płytka
Ale lepiej było wiedzieć : GDZIE ? Rutherford Wilson
Klisze fotoczułe
Kwiecień 2007 ZH 12/41
Prehistoria cd
Figure 1
M
F
S RD
C
T
L
B
P
Scyntylacje
depozyt energii -> światłoJonizacja
Kwiecień 2007 ZH 13/41
Historia - niedawna
Zapis tylko optyczny - fotografia
Trochę ‘późno’ !
Kwiecień 2007 ZH 14/41
Użyteczne oddziaływania z materią
Oddziałując z detektorem cząstka powinna pozostać pod każdym względem ‘nienaruszona’ - z ważnymi wyjątkami o czym później
Czyli – oddziaływania ‘miękkie’ - elektromagnetyczne
Kwiecień 2007 ZH 15/41
Jonizacja – straty dE/dx
Formuła Bethe-Bloch
Z
Zi ie
r
e Im
vm
vm
eNZ
dx
dE
'
20
2
20
20
421 2
ln8
Rozproszenie nierelatywistyczne – ‘rutherfordowskie
Kwiecień 2007 ZH 16/41
Jonizacja +
Efekt gęstości Pojęcie cząstek
MIP – minimalnie jonizujących
Kwiecień 2007 ZH 17/41
Jonizacja ++
Fluktuacje w dE/dx (δ-elektrony)
Kwiecień 2007 ZH 18/41
Elektrony
Trochę inaczej – bo lekkie (e+/e-) Znacznie wcześniej min
jonizacji Promieniowanie
hamowania
Kwiecień 2007 ZH 19/41
A fotony ?
Neutralny Fotoefekt
Einstein + Planck Rozpraszanie comptonowskie Kreacja par
Kwiecień 2007 ZH 20/41
A fotony ?
Neutralny Fotoefekt
Einstein + Planck Rozpraszanie comptonowskie Produkcja par
Kwiecień 2007 ZH 21/41
Detektory oparte na jonizacji
Podział wg materiału w którym następuje jonizacja Gaz Ciało stałe
(półprzewodnik)
Multi Wire Proportional Chambers MWPC Time Projection ChambersTime Expansion Chambers Proportional Chambers Thin Gap ChambersDrift ChambersJet ChambersStraw TubesMicro Well ChambersCathode Strip ChambersResistive Plate ChambersMicro Strip Gas ChambersGEM - Gas Electron MultiplierMicromegas – Micromesh Gaseous Structure
Materiały:Krzem, German, Węgiel (diament), Arsenek Galu
Technologia:PaskoweMozaikoweDryfowe
Kwiecień 2007 ZH 22/41
Detektory oparte na jonizacji +
Wg ról detektora Pomiar śladów
Wszystkie ! Identyfikacja
Tam gdzie wielokrotny pomiar dE/dx ! (zarówno w gazie jak i ciele stałym)
Kwiecień 2007 ZH 23/41
Inne zjawiska fizyczne -1
Promieniowanie czerenkowskie
Progowe Imaging
Kwiecień 2007 ZH 24/41
Inne zjawiska fizyczne - 2
Promieniowanie przejścia – TR Tylko wysoko energetyczne e+/-
emitują TR o wystarczającej intensywności
Kwiecień 2007 ZH 25/41
TR – promieniowanie przejścia
Dete
ction
q,
M.L. Cerry et al., Phys. Rev. 10(1974)3594
simulated Bd0→J/ Ks
0
Kwiecień 2007 ZH 26/41
Inne zjawiska fizyczne - 3
Scyntylacje (tu w krysztale) Ale też organiczne (stałe i ciekłe)
Kwiecień 2007 ZH 27/41
Scyntylacje - pomiar światła
PhotoCathode
Dynodes
Systemy wyzwalania
Kalorymetria Pomiar śladu
Anode
Kwiecień 2007 ZH 28/41
Jak używamy jonizacji ? - 1
VOLTS
6
I. Stwierdzić że była !
II. Zmierzyć jej wielkość
Kwiecień 2007 ZH 29/41
Jak używamy jonizacji ? - 2
Detektory mierzące ślady – gazowe Wzmocnienie gazowe
MWPC – G. Charpak – nagroda Nobla 1992
Kwiecień 2007 ZH 30/41
Komory dryfowe
anode
TDCStartStop
DELAYscintillator
drift
low field region drift
high field region gas amplification
Kwiecień 2007 ZH 31/41
Jak używamy jonizacji ? - 2
p, q,
Detektory mierzące ślady – ciało stałe Różne konfiguracje
Kwiecień 2007 ZH 32/41
Pomiar śladu - mozaika
Możliwe miliony sensorów
Kwiecień 2007 ZH 33/41
Pomiar śladu
Pomiary wtórnych wierzchołków oddziaływania
Pomiary topologii Pomiar pędu
(+magnesy)
Kwiecień 2007 ZH 34/41
Pomiar pędu
Pomiar śladu oraz system magnesów Dla stałej tarczy – dipole Dla zderzaczy -
Kwiecień 2007 ZH 35/41
Pomiar energii - 1
Całkowite ‘zniszczenie’ cząstki i absorpcja jej energii (+pomiar topologii) Próbkujące – konwerter + pomiar jonizacji Jednorodne (kryształy)
Electron shower in lead. Cloud chamber. W.B. Fretter, UCLA
Kwiecień 2007 ZH 36/41
Pomiar energii - 2
Kalorymetry elektromagnetyczne i hadronowe
Kwiecień 2007 ZH 37/41
Identyfikacja cząstek - 1
Pomiar pędu + pomiar prędkości ->> możemy zmierzyć
masę TOF – czas przelotu
Promieniowanie przejścia (elektron-hadron) Pośrednio – wygląd kaskady (shower)
Ze śladem lub bez w ‘trakerze’ (e/γ) Pomiar jonizacji (dE/dx)
Kwiecień 2007 ZH 38/41
Identyfikacja cząstek - 2
TOF – czas przelotu (pomiar pędu konieczny)
Kwiecień 2007 ZH 39/41
Identyfikacja cząstek - 2
Pomiar jonizacji (dE/dx) W gazie (TPC) W ciele stałym
(detektorach Si)
Kwiecień 2007 ZH 40/41
Główne wyzwania
Śmiertelne promieniowanie Ogromne częstości zdarzeń i wielka
krotność cząstek w zdarzeniu Jakość produkcji przy unikalnym
wytwarzaniu (wymagania kosmiczne) – brak możliwości serwisu
Miniaturyzacja – wielka gęstość elementów czynnych – chłodzenie i zasilanie
Kwiecień 2007 ZH 41/41
Podsumowanie
Bardzo pobieżne i płytkie spojrzenie na dziedzinę fizyki która raz na ‘naście lat przynosi nagrodę Nobla
Rozwój i postęp możliwy dzięki rozwojowi elektroniki
Trudne zadanie dla młodzieży – dziś projekt trwa ‘naście’ lat (zaczęliśmy w końcu lat 80-tych) i kontynuuje drugie tyle
Recommended