Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
1.2.Oddziaływaniecząstekzmaterią
15
Szybkośćutratyenergiinajonizacjęniezależyznaczącoodmateriału,zwyjąt-
kiemjegogęstości
p
.Możnatozobrazować,wyrażającgęstośćliczbowąatomów
jakon=
p
/(Amu),gdzieAjestliczbąmasowąatomową,amu=1,66·10-27kgjest
ujednoliconąjednostkąmasyatomowej.Stądzależność(1.1)możnazapisaćjako
1
p
dE
dx
≈–
4πh2c2l2
mev2mu
A{ln[
Z
2B2,2mec2
Ie
]–B2}
(1.2)
inastępniezaobserwować,żedE/dxjestproporcjonalnedoZ/A.Ponieważjądra
składająsięwprzybliżeniuzrównejliczbyprotonówineutronów,aZ/Ajestwprzy-
bliżeniustałe,tempoutratyenergiinajonizacjęjestproporcjonalnedogęstości.Poza
tymniezależywistotnysposóbodmateriału.Widaćtonarysunku1.12,naktórym
przedstawionoutratęenergiinajonizację(wjednostkachMeVg-1cm2)jakofunk-
cjęlγdlapojedynczonaładowanejcząstkiprzechodzącejprzezgazowyhel,węgiel,
żelazoiołów.Cząstkizlγ≈3,coodpowiadaminimumnakrzywejstratenergiina
jonizację,określanesąjakocząstkiminimalniejonizujące.
Wszystkienaładowanecząstkitracąenergięwwynikujonizacjiośrodka,wktó-
rymsięrozchodzą.Wzależnościodrodzajucząstekmogąwystępowaćinnemecha-
nizmyutratyenergii.Niemniejjednakdlamionówoenergiachponiżejok.100GeV
dominującymprocesempowodującymutratęenergiijestjonizacja.Wrezultacie
mionymogąpokonywaćznaczneodległościnawetwmateriałachodużejgęstości,
takichjakżelazo.Naprzykładmion10GeVprzemieszczającysięwżelazietraciok.
13MeVcm-1,azatemjegozasięgtokilkametrów.Wkonsekwencjimionywytwa-
rzanewakceleratorachcząsteksącząstkamiwysocepenetrującymi,którezwykle
przechodząprzezcałydetektor,pozostawiającśladjonizacji.Tacechamożebyć
wykorzystanadoidentyfikacjimionów.Wszystkieinnenaładowanecząstkioprócz
utratyenergiinajonizacjęcharakteryzująinnerodzajeoddziaływań.
Detektoryśledzenia
Wykrywanieipomiarpędunaładowanychcząstekjestistotnymaspektemkażdego
dużegoeksperymentufizykicząstekelementarnych.Niezależnieodośrodka,przez
któryprzemieszczasięnaładowanacząstka,pozostawiaonaśladzjonizowanych
atomówiuwolnionychelektronów.Powykryciutejjonizacjimożliwejestzrekon-
struowanietrajektoriinaładowanejcząstki.Wdetektorachśledzeniastosowanesą
dwiegłównetechnologie.Śladynaładowanychcząstekmożnawykryćwdużejobję-
tościgazówdetektora,gdzieuwalnianeelektronyprzemieszczająsięwsilnympolu
elektrycznymwkierunkuprzewodówczujnikowych,naktórychmożnazarejestro-
waćsygnał.Jednakpodczasostatnicheksperymentówzzakresufizykicząstekele-
mentarnych,naprzykładATLASiCMSprzeprowadzonychwWielkimZderzaczu
Hadronów,zdecydowanosięnazastosowaniedetektorówśledzącychopartychna
technologiipółprzewodnikowej,wykorzystującychkrzemowepikselelubpaski.
