Partikeldetektor

Inom experimentell och tillämpad partikelfysik , kärnfysik och kärnteknik är en partikeldetektor , även känd som en strålningsdetektor , en anordning som används för att detektera, spåra och/eller identifiera joniserande partiklar , såsom de som produceras av nukleärt sönderfall , kosmisk strålning eller reaktioner i en partikelaccelerator . Detektorer kan mäta partikelenergin och andra attribut som momentum, spinn, laddning, partikeltyp, förutom att bara registrera närvaron av partikeln.

Exempel och typer

Sammanfattning av partikeldetektortyper

Många av de detektorer som har uppfunnits och använts hittills är joniseringsdetektorer (av vilka gasjoniseringsdetektorer och halvledardetektorer är mest typiska) och scintillationsdetektorer ; men andra, helt andra principer har också tillämpats, som Čerenkov-ljus och övergångsstrålning.

Molnkammare visualiserar partiklar genom att skapa ett övermättat lager av ånga . Partiklar som passerar genom denna region skapar molnspår som liknar kondensspår av flygplan

Inspelning av en bubbelkammare vid CERN

Historiska exempel

Detektorer för strålskydd

Följande typer av partikeldetektorer används i stor utsträckning för strålskydd och tillverkas kommersiellt i stora kvantiteter för allmänt bruk inom kärnkrafts-, medicin- och miljöområdet.

Dosimeter
Elektroskop (när det används som en bärbar dosimeter)
Gasformig joniseringsdetektor
Scintillationsräknare
Halvledardetektor

Vanligt använda detektorer för partikel- och kärnfysik

Gasformig joniseringsdetektor
Solid-state detektorer:
- Halvledardetektor och varianter inklusive CCDs
  - Silicon Vertex Detector
- Detektor för kärnkraftsspår i fast tillstånd
- Cherenkov-detektor
  - Ringbildande Cherenkov-detektor (RICH)
- Scintillationsräknare och tillhörande fotomultiplikator , fotodiod eller lavinfotodiod
  - Lucas cell
  - Time-of-flight detektor
- Övergångsstrålningsdetektor
Kalorimeter
Mikrokanalplattdetektor
Neutrondetektor

Moderna detektorer

Moderna detektorer inom partikelfysik kombinerar flera av ovanstående element i lager ungefär som en lök .

Forskning partikeldetektorer

Detektorer designade för moderna acceleratorer är enorma, både i storlek och kostnad. Termen räknare används ofta istället för detektor när detektorn räknar partiklarna men inte löser sin energi eller jonisering. Partikeldetektorer kan också vanligtvis spåra joniserande strålning (högenergifotoner eller till och med synligt ljus ). Om deras huvudsakliga syfte är strålningsmätning kallas de för strålningsdetektorer , men eftersom fotoner också är (masslösa) partiklar är termen partikeldetektor fortfarande korrekt.

Vid kolliderare

På CERN
- för LHC
  - CMS
  - ATLAS
  - ALICE
  - LHCb
- för LEP
  - Aleph [1]
  - Delphi [2]
  - L3
  - Opal [3]
- för SPS
På Fermilab
- för Tevatron
  - CDF
  - D0
- Mu2e
På DESY
- för HERA
  - H1
  - HERA-B
  - HERMES
  - ZEUS
På BNL
- för RHIC
  - PHENIX
  - Phobos
  - STJÄRNA
På SLAC
- för PeP-II
  - BaBar
- för SLC
  - SLD
Hos Cornell
- för CESR
  - CLEO
  - CUSB
På BINP
- för VEPP-2M och VEPP-2000
  - ND
  - SND
  - CMD
- för VEPP-4
  - KEDR
Övriga
- MECO från UC Irvine

Under konstruktion

För International Linear Collider (ILC)
- CALICE (Calorimeter for Linear Collider Experiment)

Utan kolliderar

Antarctic Muon And Neutrino Detector Array (AMANDA)
Cryogenic Dark Matter Search (CDMS)
Super-Kamiokande
XENON

På rymdfarkoster

Alpha Magnetic Spectrometer (AMS)
JEDI (Jupiter Energetic-particle Detector Instrument)

Teoretiska modeller av partikeldetektorer

Utöver deras experimentella implementeringar är teoretiska modeller av partikeldetektorer också av stor betydelse för teoretisk fysik. Dessa modeller betraktar lokaliserade icke-relativistiska kvantsystem kopplade till ett kvantfält. De får namnet partikeldetektorer eftersom när det icke-relativistiska kvantsystemet mäts i ett exciterat tillstånd kan man hävda att man har upptäckt en partikel. Den första instansen av partikeldetektormodeller i litteraturen är från 80-talet, där en partikel i en låda introducerades av WG Unruh för att undersöka ett kvantfält runt ett svart hål. Kort efter Bryce DeWitt en förenkling av modellen, vilket gav upphov till Unruh-DeWitt-detektormodellen.

Utöver deras tillämpningar på teoretisk fysik, är partikeldetektormodeller relaterade till experimentella fält såsom kvantoptik , där atomer kan användas som detektorer för det kvantelektromagnetiska fältet via ljus-materia-interaktionen. Från en konceptuell sida tillåter partikeldetektorer också att man formellt definierar begreppet partiklar utan att förlita sig på asymptotiska tillstånd, eller representationer av en kvantfältteori. Som M. Scully uttrycker det, från en operativ synvinkel kan man konstatera att "en partikel är vad en partikeldetektor detekterar", vilket i huvudsak definierar en partikel som detektering av excitationer av ett kvantfält.

Se även

Jones, R. Clark (1949). "Ett nytt klassificeringssystem för strålningsdetektorer". Journal of the Optical Society of America . 39 (5): 327–341. doi : 10.1364/JOSA.39.000327 . PMID 18131432 .
Jones, R. Clark (1949). "Erratum: Den ultimata känsligheten för strålningsdetektorer". Journal of the Optical Society of America . 39 (5): 343. doi : 10.1364/JOSA.39.000343 .
Jones, R. Clark (1949). "Faktorer av merit för strålningsdetektorer". Journal of the Optical Society of America . 39 (5): 344–356. doi : 10.1364/JOSA.39.000344 . PMID 18144695 .

Vidare läsning

Filmremsor

" Strålningsdetektorer ". HM Stone Productions, Schloat. Tarrytown, NY, Prentice-Hall Media, 1972.

Allmän information

Grupen, C. (28 juni – 10 juli 1999). "Partikeldetektions fysik". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Partikelfysik, VIII . Vol. 536. Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Co. s. 3–34. arXiv : fysik/9906063 . doi : 10.1063/1.1361756 .