《大型磁谱仪的简介》PPT课件

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1、大型磁谱仪的简介郑志鹏中科院高能物理所2002.12.28/3/20211内容简介探测器原理从单个探测器到大型磁谱仪磁谱仪的数据获取、分析和主要子探测器大型磁谱仪举例：近期和未来总结8/3/20212探测器原理基本粒子的尺度：10-17—10-13cm，而目前最大倍数的电子显微镜的分辨率为10-8cm，因此距离肉眼观察至少还差10万倍。（实际上）我们对基本粒子的研究只能借助于“间接观察”手段。粒子物质微弱信号电子学数据获取数据分析8/3/20213带电粒子与物质相互作用形式：电离以及其它效应，如：电磁簇射、强子簇射、切仑科夫辐射、穿越辐射等。电离离子的收集和放大是探测器的基本过程8/3/202

2、14探测器的功能计数径迹→位置径迹+磁场→动量（Ｐ）Ｐ=300H径迹→射程→能量8/3/20215中性粒子探测X，电磁量能器（NaI、CsI、BGO）→2探测n（中子）→p（质子）反冲→带电粒子或核反应ν（中微子）测量丢失的质量如：→+仍然最终归结为电离后离子的收集8/3/20216探测器简介近年来，探测器从静电计、盖革计数管发展成数十种不同类型的探测器以满足核物理、高能物理和宇宙线物理的需求。它们有：盖革—弥勒计数管、电离室、正比计数器、多丝正比室、漂移室、时间投影室、时间扩展室、多步雪崩室、阻性板室、阴极条室、核乳胶、固体径迹探测器、云室、泡室、火花室、流光室。闪烁计数器、半

3、导体探测器、切仑科夫计数器、硅条探测器、穿越辐射探测器中子探测器、谱仪、谱仪、谱仪、多粒子谱仪……等等8/3/20217探测器的发展这些探测器后面都紧跟着相应的电子学设备。纵观探测器发展史，探测器与电子学是密不可分、形影不离，犹如一对孪生兄弟。8/3/20218从单个探测器到大型磁谱仪随着加速器能量的增长，产生的粒子数目越来越多.随着粒子物理的发展，需要测量粒子的参数越来越多。因而单个探测器满足不了这些需要，于是在20世纪六十年代末，在固定靶实验和对撞机实验相继出现了有多种探测器组成的磁谱仪。8/3/20219大型磁谱仪的优点可以同时测量粒子的多种性能（如电荷、质量、自旋、宇称、衰变宽度

4、/寿命等）。可测量粒子的多种运动学参量（如能量、动量、速度等）。具有较好的粒子分辨本领。8/3/202110粒子分辨本领末态粒子在数百种粒子中，绝大多数寿命极短，只有少数几种寿命大于10-8秒，如光子、正负电子（e±）、子（±）、带电介子（±）和介子（±）、质子（p）和反质子()等。它们在探测器尺度（米）范围内被视为稳定粒子——称为末态粒子。谱仪中产生的粒子（初态粒子）可由末态粒子重建出来，因此在谱仪中，对末态粒子的分辨是至关重要的。8/3/202111对末态粒子的分辨方法测量粒子固有的静止质量m0通常是测量能量（Ｅ）、动量（Ｐ）、速度（ｖ）、洛仑兹因子（），电离能损（ｄＥ／ｄ

5、ｘ）等几个参量中的两个而求出m0。8/3/202112对末态粒子的分辨方法不同种类粒子有不同的与物质作用效应——电磁簇射——强子簇射——强穿透力（大射程）磁谱仪的粒子分辨是由各子探测器和磁场联合实现的。8/3/202113典型的磁谱仪子探测器的功能子探测器测量参数功能无损探测对撞点子计数器位置鉴别强子量能器强子鉴别电磁量能器切仑科夫计数器飞行时间计数器线圈和磁铁中心漂移室顶点探测器衰变顶点位置8/3/202114磁谱仪的主要子探测器顶点探测器测量寿命为　　——　　秒的粒子（如　　介子、Ｄ介子、Ｂ介子）衰变顶点的位置。　　气体型的位置分辨率100硅微条探测器位置分辨可达几个中心

6、径迹室给出带电粒子径迹，可测dE/dx配合磁场可得p常见的有圆柱形（喷注型、小单元型）漂移室和时间投影室。位置分辨率70——100dE/dx分辨率5——7%8/3/202115磁谱仪的主要子探测器飞行时间计数器测量带电粒子飞行时间（→速度），与动量信息配合，给出、、p、分辨触发排除宇宙线通常由快发光塑料闪烁体+快光电倍增管组成。对大面积的可做到100ps的时间分辨。多间隙阻性板室（MRPC），可达到60ps的时间分辨。但长时间运行的稳定性、寿命尚欠考验。8/3/202116粒子动量与由TOFII测量的速度的关系8/3/202117磁谱仪的主要子探测器切仑科夫计数器探测高速（超过光在同样

7、介质的传播速度）带电粒子产生的切仑科夫辐射方向，从而确定粒子的速度：已知粒子的速度和动量信息就可以提供高动量范围的e、、K、p的分辨。常用的有：环形成像切仑科夫计数器（RICH）内反射切仑科夫计数器（DIRC）气凝硅胶(Aerogel)为辐射体的切仑科夫计数器8/3/202118磁谱仪的主要子探测器穿越辐射探测器测量高速带电粒子穿过不同介子表面产生的穿越辐射强度，确定粒子运动的洛