лекции и лабораторные работы для 6 семестра МФТИ

Детекторы в физике элементарных частиц
ATLAS
CMS
pp2pp
ALICE
Игорь Алексеев, ИТЭФ
LHC-B
Детекторы в физике элементарных частиц
(лекции и лабораторные работы для 6 семестра МФТИ)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Прохождение частиц через вещество
Сцинтилляторы
Полупроводниковые детекторы
Газовые детекторы
Калориметры
Идентификация частиц. Детектирование мюонов.
Исторические детекторы и ядерные фотоэмульсии.
Литература:
1. The Review of Particle Physics: http://pdg.lbl.gov/
2. Claus Grupen. Particle Detectors: grupen.pdf
3. Particle Detectors - Principles and Techniques. Lectures at CERN:
http://indico.cern.ch/conferenceDisplay.py?confId=a042929
4. К.Н. Мухин «Экспериментальная ядерная физика», том 1
Игорь Алексеев и Дмитрий Свирида
Igor.alekseev@itep.ru, комната 5 корпус 101, 56-29
Игорь Алексеев, ИТЭФ
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:
l
г/см2
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Формула Bethe-Bloch – средние потери тяжелой
частицы на ионизацию
=
Поправка на плотность
Средняя энергия ионизации
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Ионизационные потери
Почему потери в
водороде в 2 раза
больше чем в гелии?
Плато Ферми
~2 МэВ·см2/г
MIP
Релятивистский рост
Игорь Алексеев, ИТЭФ
-электроны
Спин 0:
«Ограниченные» потери
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Флуктуации ионизационных потерь
Распределение Ландау
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Многократное рассеяние
Радиационная длина
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.
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Прохождение электронов
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Прохождение фотонов
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Электромагнитные ливни
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Черенковское излучение
Количество фотоэлектронов:
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  = 103
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Ядерное взаимодействие
tot
inel
Игорь Алексеев, ИТЭФ
Задачи
1.
2.
3.
4.
5.
Используя формулу Бете-Блоха, рассчитать зависимость среднего
выделения энергии от глубины при падении протонов с энергией 100 МэВ
на толстый слой графита.
Какой толщины слой железа нужен для остановки пучка мюонов с
энергией 10 ГэВ? Электронов? Протонов?
Оценить размер хорошо коллимированного пучка электронов с
кинетической энергией 1.5 МэВ после прохождения 10 см воздуха.
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?
Рассчитать средние потери энергии в 2 см железа для электронов и
мюонов с энергией 10 ГэВ.
Следующая тема – сцинтилляционные счетчики