Отслеживание (физика элементарных частиц) - Tracking (particle physics)

В физика элементарных частиц, отслеживание это процесс восстановления траектории (или трек) электрически заряженных частиц в детектор частиц известный как трекер. Частицы, попадающие в такой трекер, оставляют точную запись своего прохождения через устройство, взаимодействуя с компонентами и материалами соответствующей конструкции. Наличие откалиброванного магнитное поле, во всем трекере или его части, позволяет непосредственно определять локальный импульс заряженной частицы по восстановленной локальной кривизне траектории для известного (или предполагаемого) электрического заряда частицы.

Обычно реконструкция пути делится на два этапа. Во-первых, необходимо выполнить поиск трека, когда кластер попаданий детектора, предположительно исходящих от одного и того же трека, сгруппирован вместе. Во-вторых, выполняется примерка гусеницы. Подгонка трека - это процедура математического подбора кривой для найденных совпадений, и из этой подгонки получается импульс.[1]

Идентификация и реконструкция траекторий по оцифрованному выходному сигналу современного трекера в простейших случаях при отсутствии магнитного поля и поглощающего / рассеивающего материала может быть достигнута с помощью аппроксимации прямолинейных сегментов. Простая спиральная модель для определения импульса в присутствии магнитного поля может быть достаточной в менее простых случаях, вплоть до полной (например) Фильтр Калмана процесс, чтобы предоставить подробную реконструированную локальную модель по всей трассе в самых сложных случаях.[2]

Эта реконструкция траектории плюс импульс позволяет проецировать на / через другие детекторы, которые измеряют другие важные свойства частицы, такие как энергия или тип частицы (Калориметр, Черенковский детектор ). Эти реконструированные заряженные частицы можно использовать для идентификации и восстановления вторичных распадается, в том числе возникающие из `` невидимых '' нейтральных частиц, как это может быть сделано для B-теги (в экспериментах вроде CDF или на LHC ) и полностью реконструировать события (как во многих текущих экспериментах по физике элементарных частиц, таких как АТЛАС, БаБар, Belle и CMS ).

В физике элементарных частиц было много устройств для отслеживания. Они включают облачные камеры (1920–1950), ядерная эмульсия тарелки (1937–), пузырьковые камеры (1952–) [3], искровые камеры (1954-), многопроволочные пропорциональные камеры (1968–) и дрейфующие камеры (1971–),[4] в том числе временные проекционные камеры (1974–). С появлением полупроводники плюс современный фотолитография, твердотельные трекеры, также называемые кремниевые трекеры (1980–),[5] используются в экспериментах, требующих компактного, высокоточного отслеживания с быстрым считыванием показаний; например, рядом с основной точкой взаимодействия в коллайдере, таком как LHC.[6][7]

использованная литература

  1. ^ Стрэндли, Аре; Фрювирт, Рудольф (2010). «Реконструкция треков и вершин: от классических к адаптивным методам». Обзоры современной физики. 82 (2): 1419–1458. Bibcode:2010RvMP ... 82.1419S. Дои:10.1103 / RevModPhys.82.1419.
  2. ^ Фрювирт Р. (1987). «Применение фильтрации Калмана для отслеживания и аппроксимации вершин». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция А. 262 (2–3): 444–450. Bibcode:1987NIMPA.262..444F. Дои:10.1016/0168-9002(87)90887-4.
  3. ^ Пинкар, Энн (21 июля 2006 г.). "На переднем плане истории: начало летних лекций". Получено 19 августа 2016.
  4. ^ Blum, W .; Riegler, W .; Роланди, Л. (2008). Обнаружение частиц с помощью дрейфовых камер (PDF) (2-е изд.). Springer-Verlag. ISBN  978-3-540-76683-4.
  5. ^ Турала, М. (2005). «Кремниевые трекинг-детекторы - исторический обзор» (PDF). Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях A. 541 (1–2): 1–14. Bibcode:2005НИМПА.541 .... 1Т. Дои:10.1016 / j.nima.2005.01.032.
  6. ^ "Детектор отслеживания CMS".
  7. ^ "Вершинный детектор LHCb".