Трековыми детекторами называют
группу детекторов, в которых при прохождении
заряженной частицы возникает визуально
наблюдаемый след (трек) этой частицы. Трековые
детекторы сыграли выдающуюся роль в силу
наглядности и возможности получения
исчерпывающей пространственной картины
изучаемого процесса. Благодаря этим детекторам
были открыты ядерные распады и реакции, частицы
(позитрон, мюон, заряженные пионы, странные и
очарованные частицы).
В трековых детекторах след частицы
визуально наблюдаем. В то же время есть группа
детекторов (многопроволочная
пропорциональная камера, дрейфовая
камера, полупроводниковый
микростриповый детектор и некоторые
другие), в которых треки частиц ненаблюдаемы, но с
высокой точностью фиксируются их
пространственные координаты. Детекторы такого
типа мы будем называть координатными.
Микростриповые детекторы, а также
прецизионные многослойные пропорциональные
камеры и дрейфовые камеры часто используют в
качестве центральных (или вершинных)
детекторов, непосредственно окружающих мишень
(или место столкновения пучков в коллайдерах).
Центральные детекторы играют важную роль в
современных экспериментах на ускорителях
высоких энергий. Они фиксируют с почти 100%-ной
вероятностью продукты взаимодействия пучка с
мишенью практически в точке их зарождения и
определяют направление их вылета. Более
габаритные детекторы, окружающие центральный
детектор, предназначены для идентификации этих
родившихся и вторичных частиц и определения их
характеристик (координат, импульсов, энергий и
др.).
Типичные
пространственные и временные характеристики
трековых и координатных детекторов
Тип детектора
Пространственное
разрешение, мм
Временнoе
разрешение, сек
Мертвое время,
сек
Эмульсии
10- 3
-
-
Камера Вильсона
0.3
0.1
0.01
Диффузионная камера
0.5
1
-
Пузырьковая камера
0.1
10-3
0.1
Искровая камера
0.1-0.3
10-6
10-8
Стримерная камера
0.2-0.3
2.10-6
0.1
Пропорциональная камера
0.05-0.3
10- 9-10-8
2.10-7
Дрейфовая камера
0.1-0.2
2.10- 9
10-7
Кремниевые микрострипы
0.01-0.02
10- 8
10-8
Пример. Возможно ли визуальное наблюдение
промежуточных бозонов W?
Рассмотрим реакцию рождения
W-бозонов p + W+ + W– на
крупнейшем протон- антипротонном коллайдере
TEVATRON (Лаборатория им. Ферми,США) с энергией
каждого пучка 1 ТэВ. W- бозоны будут рождаться с
полной энергией Е = 1 ТэВ и от точки
рождения до распада пройдут расстояние l = τv, где v-
скорость W- бозона, а τ- время его жизни с учетом
релятивистского замедления τ = τ0[1-(v/c)2]-1/2.
Среднее время жизни W- бозона в его
собственной системе τ0/Г
, где Г - ширина распада W-бозона, равная 2.1 ГэВ.
Отсюда получаем τ03.1.10- 25 с. Из релятивистского
соотношения для полной энергии находим скорость
W-бозона v = с[1 - (mc2/E)2]1/2 и
его время жизни τ = τ0[1-(v/c)2]-1/2 = E/mc2.
Откуда, с учетом того, что энергия покоя W- бозона
mc280 ГэВ,
имеем
1.2.10-13 см 1 Фм.
Таким образом, пробег промежуточного бозона до
распада слишком мал (примерно в 10 раз меньше
диаметра ядра), чтобы его можно было наблюдать в
любом трековом приборе. Поэтому быстро
распадающиеся частицы обычно регистрируют,
наблюдая их продукты распада.
W+ + W– на
крупнейшем протон- антипротонном коллайдере
TEVATRON (Лаборатория им. Ферми,США) с энергией
каждого пучка 1 ТэВ. W- бозоны будут рождаться с
полной энергией Е = 1 ТэВ и от точки
рождения до распада пройдут расстояние l = τv, где v-
скорость W- бозона, а τ- время его жизни с учетом
релятивистского замедления τ = τ0[1-(v/c)2]-1/2.
/Г
, где Г - ширина распада W-бозона, равная 2.1 ГэВ.
Отсюда получаем τ0
1.2.10-13 см 