Rivelatori di particelle

65 Pages·2008·1.44 MB·Italian

by  Diego Bettoni

Rivelatori di Particelle
(Rassegna)
Fenomenologia delle Interazioni Elettrodeboli
Diego Bettoni
Anno Accademico 2007-2008
Sommario
• Interazione delle particelle con la materia
• Rivelatori di Particelle
Interazione delle Particelle con la Materia
•Perdita di energia per ionizzazione
•Multiple Scattering
•Perdita di energia degli elettroni
•Perdita di energia dei fotoni
•Sciami Elettromagnetici
•Muoni ad alta energia
•Radiazione Cerenkov e Radiazione di transizione

Perdita di Energia per Ionizzazione
dE Z 1 ⎡1 2m c2β2γ2T δ(βγ)⎤
Formula di
2 e max 2
− = Kz ln −β −
⎢ ⎥
dx A β2 2 I 2 2 Bethe-Bloch
⎣ ⎦
2 2 2
2m c β γ
Energia cinetica massima che può essere
e
T =
max ( )2 trasferita a un elettrone in una singola collisione
1+ 2γm / M + m / M
e e
• Si misura in MeVg-1cm2.
• A parte una lieve dipendenza da M tramite T , dE/dx dipende solo
max
da β.
• Particelle di velocità simili hanno perdite di energia simili in diversi
materiali.
• La maggior parte delle particelle relativistiche hanno perdite di
energia vicine al minimo (minimum ionizing particles, mip).
Andamento della Bethe-Bloch
Particelle al Minimo di Ionizzazione
Il valore minimo della perdita specifica di
energia è circa lo stesso per particelle con la
stessa carica elettrica
dE MeV
=1÷ 2
dx g / cm2
min
Range
La distanza media percorsa in un
materiale da una particella di energia
E si ottiene integrando la formula di
0
Bethe-Bloch tra un valore minimo E
min
ed E . Tale distanza si chiama range R.
0
• R/M dipende solo da E/M.
• è utile per adroni di bassa energia
(con R<< λ ) e per muoni con energia
I
inferiore a poche centinaia di GeV.
Raggi δ
Distribuzione di elettroni secondari con energia T>>I
2 ( )
d N 1 Z 1 F T
2
= Kz
dTdx 2 A β2 T 2
• I << T ≤T .
max
• F(T) è una funzione dipendente dallo spin, vale circa 1 per energie
T<<T .
max
• Se le particelle incidenti sono elettroni T ≤½ T (proiettile e
max
bersaglio indistinguibili).
• Raggi δ sono abbastanza rari. Esempio: per una particella con β≈1
si ha in media una sola collisione con T > 1 KeV in 90 cm di Ar.
e
• Un raggio δ con energia cinetica T e impulso p viene emesso ad un
e e
angolo θdato da cosθ= (T /p )(p /T ), dove p è l’impulso di un
e e max max max
elettrone con trasferimento di energia T .
max
Distribuzione della perdita di energia
• Per assorbitori moderatamente
sottili la distribuzione di probabilità
della perdita di energia è la
distribuzione di Landau.
• Altamente asimmetrica: coda
dovuta ad eventi rari con grandi
trasferimenti di energia
• Il parametro da usare non è la
perdita di energia media, bensì la
perdita di energia più probabile.
• Per assorbitori spessi la
distribuzione tende ad una
gaussiana.