Кольцевой черенковский детектор

Черенковский кольцевой детектор , или RICH , представляет собой устройство для идентификации типа электрически заряженной субатомной частицы с известным импульсом , которая пересекает прозрачную преломляющую среду, путем измерения наличия и характеристик черенковского излучения , испускаемого во время этого прохождения. Детекторы RICH были впервые разработаны в 1980-х годах и используются в экспериментах по изучению элементарных частиц высоких энергий , ядерных частиц и астрофизики .

В этой статье рассказывается об истоках и принципах детектора RICH с краткими примерами его различных форм в современных физических экспериментах.

Метод обнаружения кольцевых изображений был впервые предложен Жаком Сегино и Томом Ипсилантисом , работавшими в ЦЕРН в 1977 году. ^[1] Их исследования и разработки высокоточных однофотонных детекторов и связанной с ними оптики заложили основу для конструкции ^{[2] .}^[3] разработка ^[4] и строительство первых крупномасштабных детекторов Particle Physics RICH на установке CERN OMEGA ^[5]^[6] и LEP ( Большой электронно-позитронный коллайдер ) в эксперименте DELPHI . ^[7]

Черенковский детектор кольцевого изображения (RICH) позволяет идентифицировать типы электрически заряженных субатомных частиц путем обнаружения черенковского излучения , испускаемого (в виде фотонов ) частицей при пересечении среды с показателем преломления > 1. Идентификация достигается путем измерения угол вылета черенковского излучения , связанный со скоростью заряженной частицы соотношением ${\ Displaystyle п}$ ${\ Displaystyle \ тета _ {с}}$ ${\ Displaystyle v}$

Знание импульса и направления частицы (обычно доступное из связанного импульсного спектрометра ) позволяет предсказать для каждой гипотезы тип частиц; использование известного излучателя RICH дает соответствующий прогноз , который можно сравнить с обнаруженными фотонами Черенкова, тем самым указывая на идентичность частицы (обычно как вероятность для каждого типа частицы). Типичное (моделированное) распределение vs импульса исходной частицы для одиночных черенковских фотонов, созданных в газовом излучателе (n ~ 1,0005, угловое разрешение ~ 0,6 мрад), показано на следующем рисунке: ${\ Displaystyle v}$ ${\ Displaystyle п}$ ${\ Displaystyle \ тета _ {с}}$ ${\ Displaystyle \ тета _ {с}}$ ${\ Displaystyle \ тета _ {с}}$

Различные типы частиц следуют четким контурам постоянной массы, размытым из-за эффективного углового разрешения детектора RICH; при более высоких импульсах каждая частица испускает несколько черенковских фотонов, которые вместе взятые дают более точную меру среднего значения , чем один фотон, что позволяет эффективному разделению частиц в этом примере выходить за пределы 100 ГэВ. Эта идентификация частиц необходима для детального понимания внутренней физики структуры и взаимодействий элементарных частиц. Суть метода кольцевого изображения заключается в разработке оптической системы с однофотонными детекторами, которая может изолировать черенковские фотоны, испускаемые каждой частицей, для формирования единого «кольцевого изображения», по которому можно определить точное. ${\ Displaystyle \ тета _ {с}}$ ${\ Displaystyle \ тета _ {с}}$