Partikelidentifiering
Partikelidentifiering är processen att använda information som lämnas av en partikel som passerar genom en partikeldetektor för att identifiera typen av partikel. Partikelidentifiering minskar bakgrunder och förbättrar mätupplösningar och är väsentlig för många analyser vid partikeldetektorer.
Laddade partiklar
Laddade partiklar har identifierats med hjälp av en mängd olika tekniker. Alla metoder förlitar sig på en mätning av rörelsemängden i en spårningskammare i kombination med en mätning av hastigheten för att bestämma den laddade partikelmassan och därmed dess identitet.
Specifik jonisering
En laddad partikel förlorar energi i materien genom jonisering med en hastighet som delvis bestäms av dess hastighet. Energiförlusten per enhetssträcka kallas vanligtvis dE/dx. Energiförlusten mäts antingen i dedikerade detektorer eller i spårningskammare utformade för att även mäta energiförluster. Energin som går förlorad i ett tunt materiallager är föremål för stora fluktuationer, och därför kräver noggrann dE/dx-bestämning ett stort antal mätningar. Individuella mätningar i låg- och högenergisvansarna är exkluderade.
Flygtid
Flygtidsdetektorer bestämmer laddad partikelhastighet genom att mäta den tid som krävs för att resa från interaktionspunkten till tidpunkten för flygdetektorn, eller mellan två detektorer. Förmågan att särskilja partikeltyper minskar när partikelhastigheten närmar sig sitt maximalt tillåtna värde, ljushastigheten , och är således endast effektiv för partiklar med en liten Lorentz-faktor .
Cherenkov detektorer
Cherenkov-strålning sänds ut av en laddad partikel när den passerar genom ett material med en hastighet större än c/n, där n är materialets brytningsindex. Fotonernas vinkel med avseende på den laddade partikelriktningen beror på hastigheten. Ett antal Cherenkov-detektorgeometrier har använts.
Fotoner
Fotoner identifieras eftersom de lämnar all sin energi i en detektors elektromagnetiska kalorimeter , men dyker inte upp i spårningskammaren (se till exempel ATLAS Inre Detector ) eftersom de är neutrala. En neutral pion som sönderfaller inuti EM-kalorimetern kan replikera denna effekt.
Elektroner
Elektroner uppträder som ett spår i den inre detektorn och avsätter all sin energi i den elektromagnetiska kalorimetern. Energin som avsätts i kalorimetern måste matcha det momentum som uppmätts i spårningskammaren.
Muoner
Myoner penetrerar mer material än andra laddade partiklar och kan därför identifieras genom deras närvaro i de yttersta detektorerna.
Tau-partiklar
Tau- identifiering kräver att man särskiljer den smala "strålen" som produceras av det hadroniska sönderfallet av tau från vanliga kvarkstrålar .
Neutrinos
Neutrinos interagerar inte i partikeldetektorer och slipper därför oupptäckt. Deras närvaro kan härledas av momentumobalansen hos de synliga partiklarna i en händelse. I elektron-positronkolliderar kan både neutrinomomentet i alla tre dimensionerna och neutrinoenergin rekonstrueras. Neutrinoenergirekonstruktion kräver noggrann identifiering av laddade partiklar. I kolliderare som använder hadroner kan endast rörelsemängden tvärs strålriktningen bestämmas.
Neutrala hadroner
0 Neutrala hadroner kan ibland identifieras i kalorimetrar. Speciellt kan antineutroner och KL: er identifieras. Neutrala hadroner kan också identifieras vid elektron-positronkolliderar på samma sätt som neutriner.
Tunga kvarkar
Märkning av kvarksmak identifierar smaken av kvarg en jet kommer ifrån. B-taggning , identifiering av bottenkvarkar , är det viktigaste exemplet. B-taggning förlitar sig på att b-kvarken är den tyngsta kvarken som är inblandad i ett hadroniskt sönderfall (toppar är tyngre men för att ha en topp i ett sönderfall är det nödvändigt att producera någon tyngre partikel för att ha en efterföljande sönderfall till en topp). Detta innebär att b-kvarken har en kort livslängd och är möjligt att leta efter dess sönderfallspunkt i den inre spåraren. Dessutom är dess sönderfallsprodukter tvärgående mot strålen, vilket resulterar i en hög jetmångfald. Charmmärkning med liknande tekniker är också möjligt, men extremt svårt på grund av den lägre massan. Att märka jetstrålar från lättare kvarkar är helt enkelt omöjligt, på grund av QCD-bakgrunden finns det helt enkelt för många oskiljbara jetstrålar.