Historie detekčních technik nejstarší používaná technika scintilace pozorované pouhým okem stínítko ze ZnS ozářené částicemi se pozorovalo mikroskopem a počítaly se záblesky mlžná komora (1920-1950) fotografie, objev pozitronu, studium kosmického záření Geiger- Muellerovy počítače: první elektronický detektor, rozlišení 1cm, frekvence 1kHz 11/10/2004 1
Historie dráhové detektory Fyzikové si vždy přáli vidět elementární částice během let se vyvinuly různé metody, jak dráhy částic vizualizovat jaderné emulze mlžné komory bublinové komory jiskrové komory streamerové komory 11/10/2004 2
Jaderné emulze 1945-1960...-? v minulosti nejvíce používaná detekční technika průchod částice se zaznamená jako dráha vyvolaných Ag zrn (průměr 0.2µm) MIP částice produkuje asi 270 zrn/1mm vrstva emulze ( 600 µm tlustá) se nanáší na desky, které se spojují dohromady produkované δ-elektrony (s energií 0.1-0.5 kev) zaručují předanou energii dostatečně velkou k vytvoření zrn Měříme: energie částic (z doletu) energie částic (z hustoty δ- elektronů) de/dx (z hustoty exponovaných jader) 11/10/2004 3
Jaderné emulze (2) Výhody a nevýhody výborné prostorové rozlišení 1µm stálá citlivost, 100% efektivita jednoduchá konstrukce žádné časové rozlišení prakticky limitováno na neutrální svazky (ν,n) terč tvoří směs prvků nudné a zdlouhavé zpracování na mikroskopu (dnes se používá v kombinaci se spektrometry) 1945 1960 objevy částic π, µ, K, Λ v kosmickém záření V r. 1997 ve Fermilabu DONUT neutrinový svazek s τ neutriny, interakce v ocelových deskaách, měření v τ leptonů v emulsních vrstvách, potvrzení existence τ neutrina. 11/10/2004 4
Jaderné emulze 11/10/2004 5
Mlžné komory (1) Citlivý objem komory je naplněn rovnovážnou směsí plynu a páry,expanse tlak a teplota klesne a pára je přesycená. Na plynových iontech vzniklých při průletu ionizující částice se vytvoří kapičky Komora s dráhami je fotografovaná - stereo Dva typy mlžných komor: expanzní (Wilsonova), pracuje v cyklech, má citlivou dobu kolem desetin sekund, používá se pro kosmické záření difuzní, difuze páry do studené oblasti místo expanze, má konstatní citlivost, používala se na experimentech na urychlovačích 11/10/2004 6
Mlžné komory (2) Výhody a nevýhody relativně velký citlivý objem možnost triggeru (pro expanzní komoru) měření na filmech lepší než emulze pořád značně pracné pomalé cyklování malá hustota terče (náplň komory) nebezpečí kontaminace ztráta citlivosti při velkém zatížení 1920-1950 objev pozitronu, studium kosmického záření 11/10/2004 7
Mlžné komory (3) Multi-plate Wilson chamber for cosmic rays Nov. 1955 11/10/2004 8
Bublinové komory (1) 1960-1980 Kapalina při tlaku nad rovnovážným stavem pára-kapalina pohyb pístu 1ms po průchodu částice, tlak klesne vytvoří se δ-elektrony, ionty při jejich rekombinaci se vyvíjí teplo,které způsobuje vznik bublin. Bubliny rostou až do velikosti 10µm, dráhy se stereo-fotografují pomocí blesku. měření hustoty bublin umožňuje určit β velká variabilita ve velikostech (od 2m do 10 cm) vodík se používá jako elementární terčík použití jiných kapalin: - deuterium,he,ne,ar a Xe (-20) -při pokojové teplotě např. propan s pomocí těžkých kapalin studium ν interakcí a γ konverze 11/10/2004 9
Bublinové komory (2) Výhody a nevýhody velmi dobré prostorové rozlišení (10-150µm) velký citlivý objem 4π geometrická akceptance různé materiály jako terčík jednoduché určení účinného průřezu namáhavé měření fotografií omezená statistika citlivá doba 1ms, nemožnost triggerování pro malé účinné průřezy komplikovaný provoz,kryogenika,bezpečnost nedá se použít na urychlovačích vstřícných svazků 1960-1980 objevy resonancí ρ, ω, Ω, neutrálních proudů 11/10/2004 10
Vodíková bublinová komora 30 cm vodíková bublinová komora (CERN) 1970 11/10/2004 11
Objev Ω Ω in 2-m CERN hydrogen bubble chamber 1973 11/10/2004 12
Gargamelle Bublinová komora s těžkou náplní (freon) - Gargamelle Sept. 1970 11/10/2004 13
Gargamelle - NC První případ t.zv. neutrálních proudů v Gargamelle, svazek neutrin přichází zleva, všechny sekundární částice jsou hadrony ν µ + N µ + X nabité proudy CC ν µ N ν + + µ X neutrální proudy NC Oct. 1973 11/10/2004 14
Big European Bubble Chamber r.1977 3.7 m, pole 3.5 T, svazky 70 a 110 GeV/c, K,π,p. r. 1997 11/10/2004 15
BEBC - D* D* ve vodíkové bublinové komoře BEBC 1978 11/10/2004 16
Měření filmů 1961 11/10/2004 17
Jiskrové komory (1) Soustava paralelních kovových desek v objemu naplněném vzácným plynem (He-Ne směs). Každá druhá deska je připojena k pulznímu zdroji vysokého napětí a zemi Když projde částice (vnější triggerovací detektor),aplikuje se vysokovoltní pulz, pole 20kV/cm Vznikne jiskra (z laviny způsobené procházející částicí), která se fotografuje nebo elektronicky zapisuje 11/10/2004 18
Jiskrové komory (2) Výhody a nevýhody jiskrovou komoru je možné triggerovat citlivý čas 1µs dost velká intenzita ( 10⁶částic/s) může se používat i bez fotografování na film má omezené prostorové rozlišení 300µm má relativně dlouhou mrtvou dobu 100 ms pulsní vysoké napětí není to dobré prostředí pro ostatní detektory Je to předchůdce MWPC komor a driftových komor 11/10/2004 19
Jiskrová komora (3) Výstava Microcosm v CERNu May 1990 11/10/2004 20
Streamerová komora (1) elektronická analogie bublinové komory Jiskrová komora s velkou mezerou Chikovani 1963 speciální systém vysokého napětí vytvářející pole 50kV/cm (t.j. amplitudu 500kV) po dobu 15 ns během této doby se nevytvářejí jiskry od jedné elektrody k druhé ale jen v okolí počátečních iontů vytvořených ion.částicí náplň na př. 90%Ne+10%He dráhy streamerů se fotografují na film hustota streamerů může být použita pro identifikaci částic pod 1 GeV/c 11/10/2004 21
Streamerová komora (2) Výhody a nevýhody 4π geometrie možnost použití vnitřních terčů streamerovou komoru je možné triggerovat citlivá doba 1µs vysoké intenzity až 10⁶ částic/s úmorné zpracování filmů omezená statistika případů omezené prostorové rozlišení 300µm relativně dlouhá mrtvá doba 300 ms pulsní vysoké napětí rizikové prostředí pro ostatní detektory 11/10/2004 22
Streamerová komora (3) 6.4 TeV Sulphur - Gold event (NA35) July 1991 11/10/2004 23
Dnešní detektory Většina těchto dráhových detektorů se už nepoužívá citlivá doba omezovala intenzitu svazků mrtvá doba nedovolovala velkou statistiku případů omezené měření účinného průřezu omezené rozlišení mnohé detektory bylo obtížné provozovat Moderní dráhové detektory plynové detektory polovodičové detektory (křemík) 11/10/2004 24