ΑΝΙΧΝΕΥΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΤΩΝ ΥΨΗΛΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΩΝ (ΦΥΕ) Ανιχνευτές και Μεθοδολογία Ι

Σχετικά έγγραφα
ΑΝΙΧΝΕΥΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΤΩΝ ΥΨΗΛΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΩΝ (ΦΥΕ) Ανιχνευτές και Μεθοδολογία Ι

ΑΝΙΧΝΕΥΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΤΩΝ ΥΨΗΛΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΩΝ (ΦΥΕ) Ανιχνευτές και Μεθοδολογία Ι

Ανιχνευτές και Μεθοδολογία

ΑΝΙΧΝΕΥΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΤΗ ΦΥΕ. Ανιχνευτές και Μεθοδολογία

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου)

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου, Κ. Κορδάς. Μάθημα 2β: Πειράματα-Ανιχνευτές

3/6/2010. Γ. Τσιπολίτης

Ο ανιχνευτής «βλέπει» χιλιάδες τροχιές. Χριστίνα Κουρκουμέλη Παν/μιο Αθηνών

Ανιχνευτές και Μεθοδολογία

Ανιχνευτές και Μεθοδολογία

ΑΝΙΧΝΕΥΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ. Ανιχνευτές και Μεθοδολογία

Masterclass Χανιά 2019 Ανάλυση γεγονότων CMS/LHC (ή βρες το µποζόνιο µόνος σου) Γιώργος Αναγνώστου ΙΠΦΣ - Δηµόκριτος

Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες)

Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες)

Ανιχνευτές σωματιδίων

Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια

Σε περίπου 200 µέρες θα ξεκινήσει το LHC

Theory Greek (Cyprus) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 μονάδες)

Εισαγωγη στους ανιχνευτες σωματιδιων στο CERN

Q2-1. Πού βρίσκεται το νετρίνο; (10 μονάδες) Theory. Μέρος A. Η Φυσική του Ανιχνευτή ATLAS (4.0 μονάδες) Greek (Greece)

Εισαγωγη στους ανιχνευτες σωματιδιων στο CERN

Ανάλυση δεδοµένων του πειράµατος DELPHI Μέτρηση των ποσοστών διάσπασης του µποζονίου Ζ

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 18/04/16

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ. Μάθηµα 1ο 15/2/2011

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 2β Μέτρηση ορμής σωματιδίου

Μαθηµα Tuesday, February 22, 2011

Καθ. Κ. Φουντάς, Εργ. Φυσικής Υψηλών Ενεργειών, Παν. Ιωαννίνων

Σωματιδιακή Φυσική: Από το Ηλεκτρόνιο μέχρι το Higgs και το Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC) στο CERN

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 1γ: Επιταχυντές (α' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ. Μάθηµα 1ο 24/4/2007

Cosmotron. Το COSMOTRON ενέργειας 3 GeV ήταν το πρώτο σύγχροτρο πρωτονίων που τέθηκε σε λειτουργία το 1952.

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Πληροφορίες για την δέσμη Τ9 και τις πειραματικές εγκαταστάσεις

Η απορρόφηση των φωτονίων από την ύλη βασίζεται σε τρεις µηχανισµούς:

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΤΡΙΤΗ 22 MAIΟΥ 2007 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Διάσπαση σωµατιδίων. = m C 2 + p 2 = m C 2 + E B 2! m B E C = (E B = (E C. p B. , p), p C. ,- p) = (m A , 0) p A = E B. + m C 2 + E B 2! m B.

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 19/04/16

Καλώς Ορίσατε στο CERN

Δύο Συνταρακτικές Ανακαλύψεις

Μεθοδολογίες Ανάλυσης εδοµένων στη Σωµατιδιακή Φυσική

ιστοσελίδα μαθήματος

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Μάθημα 1

Μάθημα 18 Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδι

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2007 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Η κατακόρυφη τομή...

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Το πείραμα στο CERN και ο σκοπός του. Το «πολυπόθητο» μποζόνιο Higgs. Μηχανισμοί ανίχνευσης του μποζονίου Higgs. και τι περιμένουμε;

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΛΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

Εκλαϊκευτική Ομιλία. Θεοδώρα. Παπαδοπούλου, Ομ. Καθηγήτρια Φυσικής, ΕΜΠ Μέλος του Συμβουλίου Πελοποννήσου. Ημερίδα CERN Τρίπολη, 13 Νοεμβρίου 2013

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 10η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΤΟΜΗ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ W

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Ευτράπελα σχετικά με τον επιταχυντή LHC και τους ελέφαντες. Μετάφραση του Fun facts about LHC and elephants του Πανεπιστημίου του Birmingham

Yπεύθυνη καθηγήτρια Ομίλου Φυσικής, Γεωργία Ρουμπέα

ΑΡΧΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

+ E=mc 2! Οι επιταχυντές επιλύουν δυο προβλήματα :

p T cosθ B Γ. Τσιπολίτης K - + p K - + p p slow high ionisation Κατά τον ιονισμό το εκπεμπόμενο μ e θα έχει κινητική ενέργεια : 0 T T max

Αναζητώντας παράξενα σωματίδια στο A LargeIonColliderExperimnent. MasterClasses : Μαθήματα στοιχειωδών σωματιδίων

Τεχνολογία του LHC- Κατασκευές. Τίνα Νάντσου Παιδαγωγική Υπεύθυνη Playing with Protons Ελλάδα 2017

Εισαγωγή στη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων

Μαθηµα Φεβρουαρίου 2011 Tuesday, February 22, 2011

ΦΥΣΙΚΗ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2006 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Μάθημα 9o' 12/5/2014

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ. 3. Ισότοποι ονοµάζονται οι πυρήνες που ανήκουν στο ίδιο χηµικό στοιχείο και έχουν τον ίδιο: α. µαζικό αριθµό β.

Αναζητώντας παράξενα σωµατίδια στο ALICE

Κωστής Χαλκιαδάκης, φυσικός. Συσκάκης Γιάννης, φυσικός. 10 Ερωτήσεις και 10 απαντήσεις για το CERN

Large Hardron Collider (LHC)

Συντήρηση και Bελτίωση του Κεντρικού Συστήματος Αυτομάτου Ελέγχου του Ανιχνευτή Compact Muon Solenoid

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1.

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 1β Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

Πλησιάζοντας την ταχύτητα του φωτός. Επιταχυντές. Τα πιο ισχυρά μικροσκόπια

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

3. Το πρότυπο του Bohr εξήγησε το ότι το φάσμα της ακτινοβολίας που εκπέμπει το αέριο υδρογόνο, είναι γραμμικό.

ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ ΚΑΒΑΛΑΡΗ ΑΝΝΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΔΟΥ ΙΩΑΝΝΑ ΚΟΥΣΟΥΝΗ ΜΑΡΓΑΡΙΤΑ

Ανιχνευτές Thursday 6 March 14

Επιτεύγματα. της Πειραματικής Φυσικής Υψηλών Ενεργειών

Μιόνιο μ ±. Mass m = ± MeV Mean life τ = ( ± ) 10 6 s τμ+/τ μ = ± cτ = 658.

Το φως διαδίδεται σε όλα τα οπτικά υλικά μέσα με ταχύτητα περίπου 3x10 8 m/s.

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ

Νετρίνα υπερ-υψηλών ενεργειών UHE

Καλώς Ορίσατε στο CERN

Μεγάλα πειράματα για τη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

Αλληλεπίδραση των σωματιδίων με την ύλη

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ

λ Ε Πχ. Ένα σωματίδιο α έχει φορτίο +2 όταν επιταχυνθεί από μια διαφορά Για ακτίνες Χ ή ακτινοβολία γ έχουμε συχνότητα

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ. Στις παρακάτω ερωτήσεις 1-4, να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα, το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Μαθηµα 20 Ανιχνευτές

Οι γνώσεις µας για τη θεµελιώδη δοµή της ύλης και τις θεµελιώδεις αλληλεπιδράσεις

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ 2/6/2005 ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ

Βασικές Ιδιότητες των Επιταχυντών Σωµατιδίων

Άσκηση ATLAS Z path Τι θα μετρήσουμε σήμερα και πώς

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου)

Εξαιρετικά σπάνια διάσπαση στο CMS, CERN 19 Ιουλίου 2012

Transcript:

ΑΝΙΧΝΕΥΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΤΩΝ ΥΨΗΛΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΩΝ (ΦΥΕ) Ανιχνευτές και Μεθοδολογία Ι Ευάγγελος Ν. Γαζής, Καθηγητής ΕΜΠ Βενέτης Πολυχρονάκος, Ερευνητής BNL (USA) Σωτήρης Βλάχος, Ερευνητής ΕΜΠ-CERN Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 1

Σύνοψη o Εισαγωγή και Αντικείµενο Μελέτης o Ιδιότητες των Στοιχειωδών Σωµατιδίων n Ποιές ποσότητες µετράµε? n Πώς τις µετράµε? o Ανιχνευτές ΦΥΕ @ CERN n Κύρια Ανιχνευτικά Συστήµατα n Υποδοµή Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 2

Εισαγωγή και Αντικείµενο Μελέτης Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 3

Slide: M.Nessi, CERN ISR Tevatron SppS PETRA, PEP CESR VEPPIV SPEARII SPEAR, DORIS, VEPPHI ADONE Prin-Stan, VEPPH, ACO LEP II SLC, LEP Tristan LHC Σήµερα η κοινότητα ΦΥΕ έχει προτεραιότητα να διερευνήσει τις αλληλεπιδράσεις µεταξύ των πρωτονίων στον LHC (Large Hadron Collider): 7+7 TeV ενέργεια ΚΜ Για να φτάσουµε εδώ, όλη η κοινότητα ΦΥΕ έχει επενδύσει, για πρώτη φορά σε µία µοναδική υποδοµή στο CERN, δηλ. στο LHC: Επιταχυντής Ανιχνευτής Σύστηµα Σκανδαλισµού & Λήψης Δεδοµένων [Trigger, DAQ] Ανάλυση Δεδοµένων Mar Capeans 10/7/2014 4

Προκλήσεις στη ΦΥΕ o Μάζα : Μποζονίου Higgs o Σκοτεινή Ύλη: Υπερσυµµετρικά Σωµατίδια o Ύλη έναντι Αντι-Ύλης o Θεµελιώδη Σωµατίδια o Νέες Δυνάµεις, extra διαστάσεις Mar Capeans 10/7/2014 5

ΝΕΑ Εποχή στη Θεµελιώδη Επιστήµη LHCb" CMS" ATLAS" Αναζήτηση σε ένα νέο ενεργειακό πεδίο των αλληλεπιδράσεων p-p και Pb-Pb collisions ALICE" LHC δακτύλιος: 27 km περίµετρος

Ιστορία Slide: W.Riegler, CERN Ιστορία Σωµατιδιακής Φυσικής Ιστορία Οργανολογίας Ανιχνευτών 1895: X-rays, W.C. Röntgen 1896: Radioactivity, H. Becquerel 1899: Electron, J.J. Thomson 1911: Atomic Nucleus, E. Rutherford 1919: Atomic Transmutation, E. Rutherford 1920: Isotopes, E.W. Aston 1920-1930: Quantum Mechanics, Heisenberg, Schrödinger, Dirac 1932: Neutron, J. Chadwick 1932: Positron, C.D. Anderson 1937: Mesons, C.D. Anderson 1947: Muon, Pion, C. Powell 1947: Kaon, Rochester 1950: QED, Feynman, Schwinger, Tomonaga 1955: Antiproton, E. Segre 1956: Neutrino, Rheines Etc. etc. etc. 1906: Geiger Counter, H. Geiger, E. Rutherford 1910: Cloud Chamber, C.T.R. Wilson 1912: Tip Counter, H. Geiger 1928: Geiger-Müller Counter, W. Müller 1929: Coincidence Method, W. Bothe 1930: Emulsion, M. Blau 1940-1950: Scintillator, Photomultiplier 1952: Bubble Chamber, D. Glaser 1962: Spark Chamber 1968: Multi-Wire Proportional Chamber, G. Charpak Etc. etc. etc. Mar Capeans 10/7/2014 7

Ιστορία Slide: W.Riegler, CERN Ανιχνευτές Απεικόνισης Bubble Chamber Ανιψνευτές µε ηλεκτρονικά Bubble chamber photograph Θάλαµοι Φυσαλίδων & Γαλακτωµάτων Πείραµα ανίχνευσης σύµπτωσης Με ανιχνευτές της οικογένειας: Σπινθηριστής, Μετρητής Geiger, Μετρητής Tip, Μετρητής σπινθήρων Mar Capeans 10/7/2014 8

Ιστορία Ανιχνευτές Απεικόνισης Bubble Chamber Slide: W.Riegler, CERN D* (διεγερµένο D-µεσόνιο, που µεταφέρει τον κβαντικό αριθµό "charm : παραγωγή και διάσπαση στο πείραµα WA21, στον θάλαµο φυσαλίδων BEBC lµε υγρό υδρογόνο Mar Capeans 10/7/2014 9

Ιστορία Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 10

Εξέλιξη των Ανιχνευτών Tube, Geiger- Müller, 1928 Single Wire Proportional Chamber Cathode Electronics Wire Charged Particle G. Charpak (1992 Nobel), Multi Wire Proportional Chamber (MWPC) 1968 Λήψη σήµατος από κάθε σύρµα στο σηµείο αναλογικής λειτουργίας Πρώτη ηλεκτρονική συσκευή, που επιτρέπει πειράµατα µε υψηλή στατιστική!! Wires Cathode Planes Mar Capeans 10/7/2014 11

Ιστορία 1 ο Nobel ứυσư ής στο CERN!! Ηλεκτρονική Απεικόνιση στη δεκαετία των 1970. Ανακάλυψη του Z 0 Z-Event at UA1 / CERN Ανακατασκευή τροχιών µε Η/Υ των φορτισµένων σωµατιδίων από την αλληλεπίδραση πρωτονίου-αντιπρωτονίου. Οι δύο λευκές τροχιές είναι εκποµπή του Z 0 µποζονίου και είναι υψηλής ενέργειας ηλεκτρόνιο και ποζιτρόνιο. Mar Capeans 10/7/2014 12

Απεικονίσεις γεγονότων 50 s 70 s Mar Capeans LEP: 88-2000 10/7/2014 LHC 13

Μελέτη Αλληλεπιδράσεων o Με σκέδαση o Με εξαϋλωση o και την παραγωγή νέων σωµατιδίων o ΟΛΕΣ οι αλληλεπιδράσεις παράγονται µέσω n Πειραµάτων συγκρουοµένων δεσµών ή n Πειραµάτων σταθερού στόχου Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 14

Συστήµατα Ανιχνευτών Γεωµετρία Σταθερού Στόχου Γεωµετρία Αλληλεπίδρασης Δεσµών Tracking Calorimeter Muon Filter Δέσµη Δέσµη Δέσµη Στόχος Μαγνήτης Endcap Barrel Endcap Mar Capeans 10/7/2014 15

Υπάρχουν Ιδανικοί Ανιχνευτές? o Ένας ιδανικός ανιχνευτής, µπορεί να καταγράψει µια πλήρη αλληλεπίδραση, να µετρήσει όλες τις ιδιότητες όλων των παραγόµενων σωµατιδίων, και να ανακατασκευάσει πλήρως το γεγονός της αλληλεπίδρασης. o Αυτό δίδει την δυνατότητα να συγκρίνουµε τα πειραµατικά αποτελέσµατα απευθείας µε θεωρητικές προβλέψεις χωρίς µεγάλες αβεβαιότητες. Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 16

Ιδιότητες Σωµατιδίων o Τί ιδιότητες έχει ένα σωµατίδιο? n ενέργεια n ορµή n φορτίο n µάζα n χρόνο ζωής n Ιδιοπεριστροφή (spin) n διασπάσεις! p E p 1 E = p! 2 p p 3 o Ποιά απ όλα αυτά είναι µετρήσιµα? Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 17

Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 18 Ιδιότητες Σωµατιδίων o Ποιές άλλες ιδιότητες µπορούµε να βρούµε? = p E p p p p E!! 3 2 1 2 2 2 2 2 2 4 2 2 c c p E m c p c m E!! = + = Αν µετρήσουµε την ενέργεια και την ορµή

Ιδιότητες Σωµατιδίων o φορτίο o Χρόνος ζωής Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 19

Μέτρηση των Ιδιοτήτων των Σωµατιδίων o ορµή F = q q v B= m 2 v R B R= m v =! p o ταχύτητα - χρόνος πτήσης - RICH (Ring Cherenkov Imaging) o ενέργεια - θερµιδόµετρο Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 20

Ποιά Σωµατίδια µπορούν να ανιχνευθούν? o Φορτισµένα Σωµατίδια e ±, µ ±, π ±, K ±, p ±, n, ϒ o Ουδέτερα Σωµατίδια γ, n, π 0, Κ 0,ν, Υ o Διαφορετικά σωµατίδια αλληλεπιδρούν πολύ διαφορετικά µε το υλικό του ανιχνευτή. Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 21

ιδιότητες Σωµατιδίων o Μόνο λίγα από πάρα πολλά στοιχειώδη σωµατίδια έχουν have χρόνο ζωής αρκετά µεγάλο για να επιβιώσουν κατά µήκος της τροχιάς τους σε ένα ανιχνευτή o Τα περισσότερα σωµατίδια µετρούνται µέσω των προϊόντων εκποµπής και των κνηµατικών εξισώσεων (invariant mass, αναλλοίωτη µάζα) o Μερικά σωµατίδια µικρού χρόνου ηµιζωής (b,c) αφήνουν σύντοµες τροχιές πρίν διασπαστούν, οπότε ταυτοποιούνται από τη µέτρηση των µικρών τροχιών o Η διαφορά στη µάζα, φορτίο και αλληλεπίδραση είναι η µεθοδολογία του προσδιορισµού Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 22

Νετρίνα o o Τα νετρίνα αλληλεπιδρούν µόνο ασθενώς µε ελάχιστες ενεργούς διατοµές Για την ανίχνευση νετρίων, χρειαζόµαστε πρώτα ε να φορτισµένο σωµατίδιο (ξανά) n Πιθανές αντιδράσεις: o Η ενεργός διατοµή της αντίδρασης n e + n e - + p είναι της τάξης 10-43 cm 2 (ανά νουκλεόνιο, E n ~ µερικά MeV), οπότε: n Η Ικανότητα ανίχνευσης e det = s x N surf = s r N A d /A n 1m Fe (iron): e det ~ 5 x 10-17 Mar Capeans 10/7/2014 23

Νετρίνα o Η ανίχνευση νετρίνων απαιτεί µεγάλους, ογκώδεις µε µάζα ανιχνευτές (kt) και υψηλές ροές νετρίνων o Στα πειράµατα αλληλεπίδρασης τη δέσµης, ένας πλήρως ερµητικά κλειστός ανιχνευτής επιτρέπει την ανίχνευση νετρίνων ΕΜΜΕΣΑ: αθροίζονται όλες τις ενέργειες και ορµές των ορατών σωµατιδίων και αποδίδονται η ελλείπουσα ενέργεια και ορµή στο(α) νετρίνο(α)!!! Mar Capeans 10/7/2014 24

Βασικές Αρχές των Μετρήσεων o Η µέτρηση γίνεται µέσω της Η-Μ αλληλεπίδρασης (ξανά ) του σωµατιδίου µε τον ανιχνευτή (υλικό) n παραγωγή ενός µετρήσιµου σήµατος o Ιοντισµός p e - o Διέγερση/Σπινθηρισµός e - γ p p p o Αλλαγή της πορείας του σωµατιδίου n n καµπύλωση µέσα σε µαγνητικό πεδίο, απώλεια ενέργειας σκέδαση, αλλαγή διεύθυνσης, απορρόφηση Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 25

Η-Μ Αλληλεπιδράσεις των Σωµατιδίων µε την Ύλη Electromagnetic Interaction of Particles with Matter Z 2# electrons,#q=/e 0! M,#q=Z 1# e 0! Interaction with the atomic electrons. The incoming particle loses energy and the atoms are excited or ionized. 11/09/2011 Interaction with the atomic nucleus. The particle is deflected (scattered) causing multiple scattering of the particle in the material. During this scattering a Bremsstrahlung photon can be emitted. In case the particle s velocity is larger than the velocity of light in the medium, the resulting EM shockwave manifests itself as Cherenkov Radiation. When the particle crosses the boundary between two media, there is a probability of the order of 1% to produced and X ray photon, called Transition radiation. 2 Mar Capeans 10/7/2014 26

Hadronic calorimeter Electromagnetic calorimeter Η σύνθεση ενός τυπικού ανιχνευτή Ηλεκτροµαγνητικό θερµιδόµετρο Ανιχνευτές Μιονίων Σηµείο Αλληλεπίδρασης Precision vertex detector tracking detector Magnetic spectrometer Muon detectors Ανιχνευτής κορυφής Ανιχνευτής τροχιών Φασµατόµετρο Μιονίων Αδρονικό θερµιδόµετρο Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 27

Διαµερίσεις των Υπο-ανιχνευτών Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 28

Διάβαση των Σωµατιδίων o Ηλεκτρόνια o Φωτόνια o Αδρόνια o Μιόνια o Μεσόνια Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 29

Ανιχνευτές Τροχιών o µέτρηση των τροχιών των παραγόµενων σωµατιδίων o προσδιορίζουν n φορτίο και n ορµή ΔΕΝ χρησιµοποιείται πυκνό υλικό! σε συνδυασµό µε το µαγνητικό πεδίο o Οι τροχιές ανακατασκευάζονται από τα µετρηθέντα σηµεία του χώρου: Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 30

Πώς λειτουργούν οι ανιχνευτές τροχιών? o Δύο βασικές αρχές n Ανιχνευτές Ιοντισµού o Geiger-Müller counter o MWPC o TPC o silicon detectors Πολυ-Σύρµατος Αναλογικός Θάλαµος Multi-Wire Proportional Chamber Θάλαµος Προβολικού Χρόνου Time Projection Chamber n Ανιχνευτές Σπινθηρισµού Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 31

Μετρητές Ιοντισµού Κάθοδος Ανοδικό Σύρµα signal - + - + - + - - - - + - + - - t = 0 t = t 1 + HV Σωλήνας γεµάτος αέριο Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 32

Θάλαµος Προβολικού Χρόνου (Time Projection Chamber) E MWPC + - - - - + + + B - - - - + + - - - - - µετρά r, f Ανοδικά Σύρµατα Κύλινδρος γεµάτος µε αέριο z = v drift t Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 33

TPC ALICE TPC sector detail Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 34

ALEPH TPC Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 35

MWPC Noble Prize in 1992 Ανιχνευτές χρήγορου προσδιορισµού θέσης (1968) Συνεχής λειτουργία Ικανότητα ανίχνευσης σε ροές µέχρι MHz/cm 2 Ακρίβεια προσδιορισµού θέσης υπό-mm Mar Capeans 10/7/2014 36

Ανιχνευτές Μικρολωρίδων Πυριτίου 0.2-0.3 mm Ανιχν. πυριτίου Η ακρίβεια µέτρησης περιορίζεται από την απόσταση των µικροταινιών 10-100 mm Σχηµατισµός ζευγών ηλεκτρονίωνοπών από ιοντίζουσα ακτινοβολία Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 37 Ίδια αρχή µε τους ανιχνευτές αερίου

Λειτουργούν κάπως έτσι: Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 38

Ανιχνευτές Μικροταινιών Πυριτίου... OPAL VDET ALEPH VDET Ανιχνευτής τροχιών ATLAS Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 39

Εξαιρετική Ακρίβεια και... διάκριση των τροχιών =Σηµείο σύγκρουσης δεσµών Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 40 0 x 1cm

Μέσος χρόνος ηµι-ζωής του ταυ t=290 x 10-15 sec!! --> ct = 87 mm! Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 41

Ανιχνευτές Σπινθηρισµού Ολική Ανάκλαση PM Φωτοπολλαπλασιαστής: µετατρέπει το φώς σε σήµα ηλεκτρονίων Υλικό σπινθηρισµούl Χρησιµοποιώντας πολλές οπτικές ίνες πολύ κοντά --> Γίνεται η τροχιά ορατή Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 42

Τώρα είµαστε έτοιµοι να ανιχνεύσουµε τις ακτινοβολίες: Cherenkov και Διέλευσης Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 43 O.Ullaland(CER N (2005

Ακτινοβολία Cherenkov Φώς Cherenkov Μέτωπο κύµατος sinα = c v = c 0 n v = c 0 1.5 1 v c 0 n 1 0.5 = 2c 0 1.5 > c 0 1 v = 0.5 o Τα σωµατίδια µέσα σε ένα υλικό ταξιδεύουν µε ταχύτητα µεγαλύτερη από εκείνη του φωτός και εκπέµπουν ακτινοβολία: Ακτινοβολία Cherenkov Αν έστω sinα=0.5 (α=30 0 ) και η=1.5 c 0 = ταχύτητα φωτός στο κενό Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 44

Ακτινοβολία Cherenkov και άλλα κρουστικά κύµατα Τα κρουστικά κύµατα αλλοιώνουν τον προσανατολισµό των πουλιών Scram jet Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 Ίσως και τα αντίστοιχα των ψαριών? 45 http://www.newscientist.com/lastword/answers/lwa674bubbles.html http://www.pbs.org/wgbh/nova/barrier/ O.Ullaland(CER N (2005

Συµπεράσµατα Εισαγωγή και Αντικείµενο Μελέτης Ιδιότητες των Στοιχειωδών Σωµατιδίων και πως µετρώνται? Ανιχνευτές ΦΥΕ @ CERN Κύρια Ανιχνευτικά Συστήµατα Υποδοµή Ανιχνευτές Σωµατιδίων, 09-15 Αυγούστου 2014 46