Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

JAK WIDZIMY TO NIEWIDZIALNE czyli WPROWADZENIE DO DETEKCJI CZĄSTEK Z. Hajduk IFJ PAN KRAKÓW.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "JAK WIDZIMY TO NIEWIDZIALNE czyli WPROWADZENIE DO DETEKCJI CZĄSTEK Z. Hajduk IFJ PAN KRAKÓW."— Zapis prezentacji:

1 JAK WIDZIMY TO NIEWIDZIALNE czyli WPROWADZENIE DO DETEKCJI CZĄSTEK Z. Hajduk IFJ PAN KRAKÓW

2 Maj 2007 ZH 2/41 Referencje Niniejszy wykład korzysta z materiałów i danych zawartych w : oraz CERN Summer Student Lectures 2005 DETECTORS Olav Ullaland, PH Department, CERN.

3 Maj 2007 ZH 3/41 Cel naszego spotkania ? Poznać bliżej aparaturę i jej zasady działania, stosowaną w badaniu Mikrokosmosu Czyli świata cząstek elementarnych Tym samym pozwolić Państwu na łatwiejsze oglądanie tego co zobaczycie Niczym nie przypomina aparatury z jaką na co dzień spotyka się fizyk spoza tych badań

4 Maj 2007 ZH 4/41 Jak robimy eksperyment FWE? Zasada jest prosta: + =

5 Maj 2007 ZH 5/41 Pytania ? Z lecących szczątków zrekonstruować zegarek i zgadnąć jak działa ! Bardzo uproszczone przedstawienie ale dość akuratne..... To był eksperyment na stałej tarczy A jakby zderzyć dwa zegarki ?? To będzie eksperyment na zderzaczach

6 Maj 2007 ZH 6/41 Szczątki (ale nie tylko!)

7 Maj 2007 ZH 7/41 Prehistoria (< 1950) Klisze fotoczułe (promieniowanie rentgenowskie) Liczniki Geigera-Müllera Płytki scyntylacyjne (eksperyment Rutherforda) Komora mgłowa (Wilson) Bloki emulsji fotoczułej – promieniowanie kosmiczne

8 Maj 2007 ZH 8/41 Historia - niedawna Zapis tylko optyczny - fotografia Trochę ‘późno’ ! Komora pęcherzykowa

9 Maj 2007 ZH 9/41 Co mierzyć ? Tory (topologia przypadku, wtórne wierzchołki) Energię (hadronową czyli niesioną przez hadrony i elektromagnetyczną – tę zawartą w elektronach/pozytonach i fotonach będących produktami oddziaływania) – zasada zachowania energii – pomaga w ‘zobaczeniu’ niewidzialnego Pęd (stosuje się zasadę zachowania pędu dla zbalansowania przypadku; pomaga w identyfikacji) Identyfikować (jaka cząstka ?) zwykle przez pomiar prędkości (znając pęd wyliczymy masę !)

10 Maj 2007 ZH 10/41 Składniki każdego eksperymentu Muon chambers Identification

11 Maj 2007 ZH 11/41 ????????? Cząstki możemy zobaczyć tylko kiedy oddziałują z materią detektora (stąd neutrina ‘prawie’ niewidzialne) Oddziaływania o których myślimy odbywają się zawsze poprzez oddanie energii medium detektora Przeglądniemy te zjawiska

12 Maj 2007 ZH 12/41 Użyteczne oddziaływania z materią Oddziałując z detektorem cząstka powinna pozostać pod każdym względem ‘nienaruszona’ - z ważnymi wyjątkami o czym później Czyli – oddziaływania ‘miękkie’ - elektromagnetyczne

13 Maj 2007 ZH 13/41 1/ Jonizacja - obrazkowo Realizacja w komorze mgłowej

14 Maj 2007 ZH 14/41 1a/ Jonizacja - słownie Naładowana cząstka przechodząc przez materię traci pewną ilość energii na jednostkę drogi np. M.I.P (Minimum Ionising Particle = cząstka o minimum jonizacji - pion o energii 0.5 GeV wyprodukuje w gazie detektora 70 e/cm). Wielkość jonizacji jest funkcją składu medium, jego gęstości a także prędkości cząstek.

15 Maj 2007 ZH 15/41 1c/ Jonizacja – straty dE/dx ilościowo Formuła Bethe-Bloch Rozproszenie nierelatywistyczne – ‘rutherfordowskie

16 Maj 2007 ZH 16/41 1b/ Jonizacja – zjawiska relatywistyczne Pojęcie cząstek MIP – minimalnie jonizujących Efekt gęstości

17 Maj 2007 ZH 17/41 Jonizacja ++ Fluktuacje w dE/dx (δ-elektrony)

18 Maj 2007 ZH 18/41 Jonizacja - Elektrony Trochę inaczej – bo lekkie (e+/e-) Znacznie wcześniej min jonizacji Promieniowanie hamowania (dotyczy też innych naładowanych ale przy znacznie wyższych energiach)

19 Maj 2007 ZH 19/41 A foton ? Neutralny – aby go zobaczyć musi się zmienić w ‘naładowaną’ Fotoefekt Einstein + Planck Rozpraszanie comptonowskie Kreacja par

20 Maj 2007 ZH 20/41 Oddziaływania fotonów Potem

21 Maj 2007 ZH 21/41 Detektory oparte na jonizacji Podział wg materiału w którym następuje jonizacja Gaz Ciało stałe (półprzewodnik) Multi Wire Proportional Chambers MWPC Time Projection Chambers Time Expansion Chambers Proportional Chambers Thin Gap Chambers Drift Chambers Jet Chambers Straw Tubes Micro Well Chambers Cathode Strip Chambers Resistive Plate Chambers Micro Strip Gas Chambers GEM - Gas Electron Multiplier Micromegas – Micromesh Gaseous Structure Materiały: Krzem, German, Węgiel (diament), Arsenek Galu Technologia: Paskowe Mozaikowe Dryfowe

22 Maj 2007 ZH 22/41 Detektory oparte na jonizacji + Wg ról detektora Pomiar śladów Wszystkie ! Identyfikacja Tam gdzie wielokrotny pomiar dE/dx ! (zarówno w gazie jak i ciele stałym)

23 Maj 2007 ZH 23/41 Jak używamy jonizacji ? Detektory mierzące ślady – gazowe Wzmocnienie gazowe MWPC – G. Charpak – nagroda Nobla 1992

24 Maj 2007 ZH 24/41 Komory dryfowe

25 Maj 2007 ZH 25/41 Jak używamy jonizacji ? - 2 p, q,  Detektory mierzące ślady – ciało stałe Różne konfiguracje

26 Maj 2007 ZH 26/41 Pomiar śladu - mozaika Możliwe miliony sensorów

27 Maj 2007 ZH 27/41 Inne zjawiska fizyczne - CzR 1 Promieniowanie czerenkowskie Detektory Progowe Obrazujące

28 Maj 2007 ZH 28/41 Inne zjawiska fizyczne – CzR 2 Pomiar prędkości cząstki jest możliwy poprzez pomiar kąta promieniowania czerenkowskiego. Promieniowanie wyemitowane przez hamującą cząstke (strat energii !) jest spójne i emitowane pod charakterystycznym kątem.

29 Maj 2007 ZH 29/41 Inne zjawiska fizyczne - 2 Promieniowanie przejścia – TR Tylko wysoko energetyczne e+/- emitują TR o wystarczającej intensywności

30 Maj 2007 ZH 30/41 TR – promieniowanie przejścia Detection q,  M.L. Cerry et al., Phys. Rev. 10(1974)3594 simulated B d 0 →J/  K s 0

31 Maj 2007 ZH 31/41 Inne zjawiska fizyczne - 3 Scyntylacje (tu w krysztale) Ale też organiczne (stałe i ciekłe)

32 Maj 2007 ZH 32/41 Scyntylacje - pomiar światła Photo Cathode Dynodes Systemy wyzwalania Kalorymetria Pomiar śladu Anode

33 Maj 2007 ZH 33/41 Pomiar śladu Pomiary wtórnych wierzchołków oddziaływania Pomiary topologii Pomiar pędu (+magnesy)

34 Maj 2007 ZH 34/41 Pomiar pędu Pomiar śladu oraz system magnesów Dla stałej tarczy – dipole Dla zderzaczy -

35 Maj 2007 ZH 35/41 Pomiar energii - 1 Całkowite ‘zniszczenie’ cząstki i absorpcja jej energii (+pomiar topologii) Poprzez oddziaływanie z materiałem detektora – kalorymetru Hadronowe (kaskady ; oddziaływania jądrowe) Elektromagnetyczne (kaskady; elektrony, fotony) Electron shower in lead. Cloud chamber. W.B. Fretter, UCLA

36 Maj 2007 ZH 36/41 Kalorymetry - przykład Próbkujące – konwerter + pomiar jonizacji Jednorodne (kryształy) Electron shower in lead. Cloud chamber. W.B. Fretter, UCLA

37 Maj 2007 ZH 37/41 Identyfikacja cząstek - 1 Pomiar pędu + pomiar prędkości ->> możemy zmierzyć masę TOF – czas przelotu Promieniowanie przejścia (elektron-hadron) Pośrednio – wygląd kaskady (shower) Ze śladem lub bez w ‘trakerze’ (e/γ) Pomiar jonizacji (dE/dx)

38 Maj 2007 ZH 38/41 Identyfikacja cząstek - 2 TOF – czas przelotu (pomiar pędu konieczny )

39 Maj 2007 ZH 39/41 Identyfikacja cząstek - 2 Pomiar jonizacji (dE/dx) W gazie (TPC) W ciele stałym (detektorach Si)

40 Maj 2007 ZH 40/41 Główne wyzwania Śmiertelne promieniowanie Ogromne częstości zdarzeń i wielka krotność cząstek w zdarzeniu Jakość produkcji przy unikalnym wytwarzaniu (wymagania kosmiczne) – brak możliwości serwisu Miniaturyzacja – wielka gęstość elementów czynnych – chłodzenie i zasilanie

41 Maj 2007 ZH 41/41 Podsumowanie Bardzo pobieżne i płytkie spojrzenie na dziedzinę fizyki która raz na „-naście” lat przynosi nagrodę Nobla Rozwój i postęp możliwy dzięki rozwojowi elektroniki Trudne zadanie dla młodzieży – dziś projekt trwa ‘naście’ lat (zaczęliśmy w końcu lat 80- tych) i kontynuuje drugie tyle

42 Maj 2007 ZH 42/41 Różne konfiguracje

43 Maj 2007 ZH 43/41 Prehistoria cd Scyntylacje depozyt energii -> światło Jonizacja

44 Maj 2007 ZH 44/41

45 Maj 2007 ZH 45/41 Jak używamy jonizacji ? - 1 I. Stwierdzić że była ! II. Zmierzyć jej wielkość


Pobierz ppt "JAK WIDZIMY TO NIEWIDZIALNE czyli WPROWADZENIE DO DETEKCJI CZĄSTEK Z. Hajduk IFJ PAN KRAKÓW."

Podobne prezentacje


Reklamy Google