Részecskedetektor

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A részecskefizika területén részecskedetektoroknak vagy egyszerűen detektoroknak nevezzük a kozmikus sugárzásból, atommagátalakulásból, vagy nagy részecskegyorsítókból származó részecskék tulajdonságait (lendület, pálya, energia, sebesség, tömeg) vizsgáló eszközöket.

A nagyenergiájú részecskefizika gyorsítóiban összetett detektorokat használnak, amelyek sok különböző típusú aldetektorból állnak. Ezek általában több állam összefogásával készülnek, mint például a nagy hadronütköztető (LHC) gyorsítói a CERN-ben. Egy jellemző összeállítás leírása és képe található a Compact Muon Solenoid detektor szócikkében.

[szerkesztés] Típusai

Halmazállapotváltozáson alapul a ködkamra (Wilson, 1912, Nobel-díj: 1927) és a buborékkamra (Glaser, 1952). Az előbbiben túlhűtött gőz csapódik le a töltött részecske által létrehozott ionizált részecskéken, az utóbbiban túlhevített folyadékban buborékok növekednek nagy sebességgel. Ezek a nyomok megvilágítva lefényképezhetőek.

Gázban elhelyezkedő fémszálakon illetve fémlapokon (katódokon és anódokon) elektromos feszültséget, áramot illetve feszültségimpulzust hoznak létre a következő gáztöltésű detektorok.

ionizációs kamra
Geiger-Müller-cső (Hans Geiger és Walter Müller, 1928)
proporcionális kamra

többszálas proporcionális kamra (MWPC, Georges Charpak, 1968, CERN)
driftkamra, TPC

Nagy feszültséget kapcsolva két fém közé kisülés jön létre. Szikrakisülés esetén szikrakamra, csillámkisülés esetén flash kamra a detektor neve.

Szcintillációs detektorok esetén fényfelvillanás jön létre a szcintillátorokban, amelyet fotoelektronsokszorozó alakít át mérhető feszültséggé.

Szigetelő anyagokban (dielektrikumokban) az közegbeli fénysebességnél gyorsabban haladó töltött részecskék Cserenkov-sugárzást bocsájtanak ki, ezen alapul a Cserenkov-detektor.

Ma már a félvezető detektorok (ezen belül a CCD is) helyet kaptak a részecskék megfigyelésében.

[szerkesztés] Összetett detektorok

Egy összetett detektor részei, és a részecskék útja a detektorban. Az ábrán szürke szaggatott vonal jelöli, ha a részecske nem hagy (jelentős) nyomot a detektorrétegben, feketével, ha hagy. Nem tüntettük fel a neutrínót, amely nyomtalanul eltűnik. Nem tüntettük fel továbbá a mágnes és az elektronikai berendezések számára szükséges helyet, emiatt – az ábrától eltérően – az egyes detektorrétegek általában nem érintkeznek egymással.

A részecskefizikai kísérleteknél több rétegű, összetett detektorokat használnak, amelynek minden rétege külön célt szolgál.

Legbelül helyezkedik el a vertexdetektor és a nyomdetektor, amely a töltött részecskék pályáját határozza meg.
Kifelé a kaloriméterek következnek, melyek energiamérésre szolgálnak
A legkölső réteg a möonkamrák rétege, ez szolgál a müonok azonosítására, mivel ide a müonokon kívül csak a detektálhatatlan neutrínók jutnak el.