Identyfikacja cząstek

Transkrypt

1 Określenie masy i ładunku cząstek Pomiar prędkości przy znanym pędzie e/ µ/ π/ K/ p czas przelotu (TOF) straty na jonizację de/dx Promieniowanie Czerenkowa (C) Promieniowanie przejścia (TR) Różnice w charakterze oddziaływań e / γ / µ / h Przenikalność e/ γ / µ / h Rozwój kaskady e/ γ /h

2 Pomiary czasu przelotu Identyfikacja cząstek Pomiar czasu przelotu (TOF) Czas przelotu cząstki o masie m i pędzie p na drodze L t = L * (3333/p)(p 2 + m 2 ) 1/2 ps Różnica czasu przelotu na drodze L t1 t2 = L * (m 12 m 22 )/p 2 ps Spektrometry czasów przelotu Zdolność rozdzielcza (50) ps, zależy od: Detektorów (liczniki scyntylacyjne, detektory gazowe) Geometrii (kompensacja czasu propagacji) Elektroniki odczytu (efekty czasu narastania sygnałów) Stabilności całego systemu (kalibracja, zależność od natężenia cząstek)

3 Pomiar czasu przelotu (TOF) Schemat spektrometru czasu przelotu

4 Pomiar czasu przelotu (TOF) Różnice w czasie przelotu cząstek na drodze 1 m

5 Pomiar czasu przelotu (TOF) Czasy przelotu i zdolności rozdzielcze uzyskane dla konkretnego spektrometru (L = 17 m)

6 Pomiar czasu przelotu (TOF) Konstrukcja liczników scyntylacyjnych

7 Własności scyntylatorów Identyfikacja cząstek Pomiar czasu przelotu (TOF)

8 Fotopowielacze Identyfikacja cząstek Pomiar czasu przelotu (TOF)

9 Pomiar czasu przelotu (TOF) Detektory gazowe - liczniki Pestov a

10 Pomiar czasu przelotu (TOF) Detektory gazowe - liczniki Pestov a

11 Pomiar czasu przelotu (TOF) Detektory gazowe - liczniki Pestov a na wiązce

12 Pomiar czasu przelotu (TOF) Detektory gazowe - liczniki Pestov a na wiązce

13 Pomiar czasu przelotu (TOF) Detektory gazowe - liczniki Pestov a na wiązce

14 Pomiar czasu przelotu (TOF) Detektory gazowe detektory o równoległych elektrodach (PPC)

15 Pomiar czasu przelotu (TOF) Detektory gazowe detektory o równoległych elektrodach - oczekiwania i wyniki doświadczalne

16 na podstawie strat jonizacyjnych de/dx Pomiar średniej wartości de/dx Trzy obszary obszar 1/β 2 de/dx min dla βγ 3 wzrost jonizacji jak ln βγ Efekty uboczne Elektrony δ -rozkład Landaua Efekt gęstościowy mniejsze de/dx Metody pomiaru Pomiar de/dx truncated mean Zliczanie klastrów oddziaływania pierwotne

17 de/dx zależność od pędu Identyfikacja cząstek na podstawie strat jonizacyjnych de/dx LANDAU DISTRIBUTION OF ENERGY LOSS: 4 cm Ar-CH4 (95-5) 5 bars N = 460 i.p. FWHM~250 i.p. najbardziej prawdopodobne de/dx de/dx min 2 MeV g/cm 2 dla βγ 3 0 For a Gaussian distribution: σ N ~ 21 i.p. FWHM ~ 50 i.p.

18 na podstawie strat jonizacyjnych de/dx Ar +10% CH 4 rozkłady rzeczywiste PARTICLE IDENTIFICATION Requires statistical analysis of hundreds of samples Counts 6000 protons electrons 15 GeV/c p 3 Gev/c, e 2 Gev/c cm Ar-CH4 (95-5), 5 bars N (i.p)

19 na podstawie strat jonizacyjnych de/dx Zależność de/dx od pędu

20 Landau Distribution LANDAU DISTRIBUTION OF ENERGY LOSS: PARTICLE IDENTIFICATION Requires statistical analysis of hundreds of samples Counts cm Ar-CH4 (95-5) 5 bars N = 460 i.p. Counts 6000 protons electrons 15 GeV/c 4000 FWHM~250 i.p N (i.p.) For a Gaussian distribution: σ N ~ 21 i.p. FWHM ~ 50 i.p N (i.p) I. Lehraus et al, Phys. Scripta 23(1981)727 Energy Loss by Excitation and Ionization

21 na podstawie strat jonizacyjnych de/dx Efekt gęstościowy de/dx

22 Komora ionizacyjna ISIS Identyfikacja cząstek na podstawie strat jonizacyjnych de/dx

23 na podstawie strat jonizacyjnych de/dx Dane z komory TPC eksperymentu DELPHI

24 na podstawie strat jonizacyjnych de/dx Dane z komory TPC eksperymentu ALEPH

25 Efekt Czerenkowa Identyfikacja cząstek Liczniki Czerenkowa

26 Efekt Czerenkowa Identyfikacja cząstek Liczniki Czerenkowa Cząstka wysyła promieniowanie jeśli przekracza prędkość światła w danym ośrodku β 1/n Kąt wypromieniowania cos Θ = 1/ β.n gdzie n współczynnik załamania światła w ośrodku Wypromieniowana energia na jednostkę długości de/dx C = 2 πr e mc 2 sin 2 Θ (1/ λ 12-1/ λ 22 ) Liczba fotonów na jednostkę długości dn/dx = 2 π αsin 2 Θ (1/ λ 1-1/ λ 2 )

27 Liczniki Czerenkowa Kilka liczb W zakresie nm de/dx = 1180 sin 2 Θ ev/cm dn/dx = 390 sin 2 Θ fotonów/cm W wodzie (n= 1.33, Θ c = 41.2 o ) de/dx = 1530 ev/cm dn/dx = 170 fotonów/cm Liczniki Czerenkowa Progowe Różnicowe RICH (Ring Imaging Cherenkov)

28 Liczniki Czerenkowa Liczniki Czerenkowa różnice między cząstkami

29 Liczniki Czerenkowa Liczniki Czerenkowa progowy i różnicowy

30 Liczniki Czerenkowa Progowe liczniki Czerenkowa w eksperymencie NA11