Che materia stai cercando?

Rivelatori a silicio

Materiale didattico per il corso di Introduzione ai rivelatori di particelle del Prof. Roberto Carlin, all'interno del quale sono affrontati i seguenti argomenti: identificazione delle particelle (Particle Identification - PID); identificazione con tempo di volo - TOF; Cherenkov a soglia; rivelatore a transizione... Vedi di più

Esame di Introduzione ai rivelatori di particelle docente Prof. R. Carlin

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

Introduzione ai rivelatori di particelle

Introduzione ai

rivelatori di

particelle

Parte 8

Identificazione

delle particelle

(PID)

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 1

Introduzione ai rivelatori di particelle

Particle Identification

Metodi basati sulla misure del

• momento p e di un’altra variabile

cinematica

p=

• γm βc

0

se conosco p, misurandoβ o ricavo m

• γ 0

Tempo di volo (TOF)

– Ionizzazione specifica (dE/dx)

– Cherenkov

– Transition radiation

Altri metodi

• topologia dello sciame in un calorimetro

– elettroni/adroni

passaggio attraverso un assorbitore

– spesso

muoni

analisi cinematica dei decadimenti

– vertici e prodotti di decadimento secondari

• massa invariante

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 2

Introduzione ai rivelatori di particelle

Identificazione con tempo di volo (TOF)

TOF

• L=base di volo

Δt=TOF

t+Δt

t L

2

L pc p p

β

= = = =

2

c c c

Δt + +

E 2 2 2 4 2 2 2

p c m c p m c

Δt +

2 2 2 2 2

1 p m c 1 m c

= = +

1

2 2

L c p c p

2 2 2 2 2 2

m c m c m c

<< + ≈ +

per 1 vale 1 1

2 2 2

p p 2 p

se ho due particelle con lo stesso momento e

– masse diverse m e m ottengo:

1 2

⎛ ⎞

12 2

2 2

L m c m c

Δt − Δt = + − 2

⎜ ⎟

1 1−

⎝ ⎠

1 2 2 2

c 2 p 2 p

( )

Lc

Δt − Δt = −

2 2

m m

1 2 1 2

2

2 p

Il tempo di volo dipende dalla differenza dei

– quadrati delle masse

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 3

Introduzione ai rivelatori di particelle

Identificazione con tempo di volo (TOF)

( )

2 2

m m

c

Δt − Δt = 1 2

L

1 2 2

2 p

misurando il tempo in ns, L in metri, le masse in

• Δt

GeV/c , i momenti in GeV/c e ricordando che c ≈

2

0.3m/ns: ( ) ( )

− −

2 2 2 2

m m m m

1 5

Δt − Δt = ≈

1 2 1 2

L L

1 2 2 2

2c p 3 p

la separazione in tempo tra due particelle diverse

• dipende da 1/p , al crescere del momento la base L

2

deve crescere con p a parità di separazione in tempo.

2

Esempio: supponiamo di avere una risoluzione in tempo

– =100 ps e voler considerare distinte le particelle con una

σ t

distanza ≥ 4σ . Quale è la distanza tra gli scintillatori per

Δt t

distinguere pioni da k di 1GeV/c?

≈ ≈

2 2

m 0.5GeV /c m 0.14GeV /c

π

k ( )

2 2

Δt − Δt m m

5

≈ ≈

π 1 2

k 0.4 ns m

2

L 3 p

si ottiene una separazione di 400ps con una base di un metro.

– chiaramente separazioni con il metodo di misura del TOF

– sono utili con momenti relativamente bassi, o con differenze

di massa grandi

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 4

Introduzione ai rivelatori di particelle

Misure di TOF con scintillatori

L

Il tempo misurato dal rivelatore di TOF:

• dipende dalla distanza tra gli scintillatori e

– dalla velocità della particella

ma dipende anche dal tempo di estrazione del

– segnale dallo scintillatore (velocità di

propagazione della luce nel rivelatore)

In particolare se gli scintillatori sono grandi e la

• traccia è inclinata l’effetto può essere rilevante

Si usano sistemi di “mean-timer” per ovviare

• a questo inconveniente

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 5

Introduzione ai rivelatori di particelle

mean timer e tempo di volo (TOF)

propagazione della luce nello scintillatore

• v = velocità della luce nello scintillatore

– t 0 x t

t 1

2 L

x

= +

t t

1 0 v −

L x

= +

t t

2 0 v L

+ −

t t

L 1 2 v

+ = + → =

t t 2t t

1 2 0 0

v 2

⎛ ⎞

L 2x v L

− = − → = + −

t t x t t

⎝ ⎠

2 1 1 2

v v 2 v

misurando il tempo da entrambi i lati si possono

• calcolare sia la posizione della traccia che il tempo di

passaggio ( )

( )

σ σ

= → − =

t 100 ps t t 150 ps

1 2

v c

( )

( ) −9

σ σ

= − = × ⋅10 ≈

x t t 0.15 1cm

1 2

2 4

buona risoluzione spaziale

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 6

Introduzione ai rivelatori di particelle

Esempio:ALICE ad LHC: TOF con multigap RPC

≈ 50ps

σ(t) separazione in massa per

momenti fino a 3GeV/c

(simulazione)

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 7

Introduzione ai rivelatori di particelle

Identificazione con dE/dx

In generale come “sottoprodotto” della

• misura del momento in un rivelatore di

tracce

molti campioni sottili (≈1cm Ar)

– media di molte misure per traccia

• ma grandi fluttuazioni statistiche dovuta alle

• emissioni di elettroni (distribuzione di Landau)

δ

“truncated mean”: si migliora la risoluzione

– tagliando gli eventi sulle code

20÷40% dei campioni a più alta ionizzazione

• risoluzioni dell’ordine del 2÷3%

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 8


PAGINE

19

PESO

1.56 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale didattico per il corso di Introduzione ai rivelatori di particelle del Prof. Roberto Carlin, all'interno del quale sono affrontati i seguenti argomenti: identificazione delle particelle (Particle Identification - PID); identificazione con tempo di volo - TOF; Cherenkov a soglia; rivelatore a transizione di radiazioni (Transition Radiation Detectors); identificazione dei muoni.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in fisica
SSD:
Università: Padova - Unipd
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Introduzione ai rivelatori di particelle e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Padova - Unipd o del prof Carlin Roberto.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Introduzione ai rivelatori di particelle

Rivelatori a gas
Dispensa
Rivelatori a silicio
Dispensa
Rivelatori di particelle - Classificazione
Dispensa
Sorgenti di particelle e acceleratori
Dispensa