Детекторы в физике элементарных частиц Игорь Алексеев, ИТЭФ ATLAS ALICE CMS LHC-B pp2pp. - презентация

1 Детекторы в физике элементарных частиц Игорь Алексеев, ИТЭФ ATLAS ALICE CMS LHC-B pp2pp

2 Детекторы в физике элементарных частиц (лекции и лабораторные работы для 6 семестра МФТИ) 1. Прохождение частиц через вещество 2. Сцинтилляторы 3. Полупроводниковые детекторы 4. Газовые детекторы 5. Калориметры 6. Идентификация частиц. Детектирование мюонов. 7. Исторические детекторы и ядерные фотоэмульсии. Литература: 1. The Review of Particle Physics: 2. Claus Grupen. Particle Detectors: grupen.pdf 3. Particle Detectors - Principles and Techniques. Lectures at CERN: К.Н. Мухин «Экспериментальная ядерная физика», том 1 Игорь Алексеев и Дмитрий Свирида комната 5 корпус 101, Игорь Алексеев, ИТЭФ

3 Прохождение частиц через вещество Ионизационные потери Флуктуация ионизационных потерь Многократное рассеяние Прохождение электронов и фотонов Черенковское и тормозное излучение Ядерное взаимодействие Единица количества вещества на пути частицы: г/см 2 l

4 Игорь Алексеев, ИТЭФ Формула Bethe-Bloch – средние потери тяжелой частицы на ионизацию Средняя энергия ионизации Поправка на плотность =

5 Игорь Алексеев, ИТЭФ Ионизационные потери ~2 МэВ·см 2 /г MIP Релятивистский рост Плато Ферми Почему потери в водороде в 2 раза больше чем в гелии?

6 -электроны Игорь Алексеев, ИТЭФ Спин 0: «Ограниченные» потери

7 Игорь Алексеев, ИТЭФ Флуктуации ионизационных потерь Распределение Ландау

8 Игорь Алексеев, ИТЭФ Многократное рассеяние Радиационная длина

9 Игорь Алексеев, ИТЭФ Радиационная длина Средняя длина на которой электрон теряет (1-1/e) своей энергии на тормозное излучение или 7/9 средней длины свободного пробега фотона между рождениями пар.

10 Игорь Алексеев, ИТЭФ Прохождение электронов

11 Игорь Алексеев, ИТЭФ Прохождение фотонов

12 Игорь Алексеев, ИТЭФ Электромагнитные ливни

13 Игорь Алексеев, ИТЭФ Черенковское излучение Количество фотоэлектронов:

14 Игорь Алексеев, ИТЭФ Переходное излучение Излучение заряженной частицы при пересечении границы двух сред Направлено преимущественно вперед ze Количество света с энергией фотонов больше некоторого порога растет как (ln ) 2 Вероятность излучения фотона 2-20 кэВ ~ 1% при = 10 3

15 Игорь Алексеев, ИТЭФ Ядерное взаимодействие tot inel

16 Задачи 1. Используя формулу Бете-Блоха, рассчитать зависимость среднего выделения энергии от глубины при падении протонов с энергией 100 МэВ на толстый слой графита. 2. Какой толщины слой железа нужен для остановки пучка мюонов с энергией 10 ГэВ? Электронов? Протонов? 3. Оценить размер хорошо коллимированного пучка электронов с кинетической энергией 1.5 МэВ после прохождения 10 см воздуха. 4. Сколько фотоэлектронов можно получить, если полностью собрать весь свет от пи-мезона с импульсом 5 ГэВ/с в черенковском счетчике с радиатором длиной 40 см, заполненным углекислым газом под давлением 5 атм? 5. Рассчитать средние потери энергии в 2 см железа для электронов и мюонов с энергией 10 ГэВ. Следующая тема – сцинтилляционные счетчики