Как детекторы в коллайдерах частиц могут отличать нейтроны от антинейтронов?

Детекторы на коллайдерах частиц наслаиваются, как луковицы, вокруг вершины столкновения.

Детектор CMS в ЦЕРН

Во-первых, есть детекторы, чувствительные к заряженным частицам, в которых заряженные частицы оставляют следы из-за ионизации, но массовая плотность низкая, поэтому сильные взаимодействия случаются редко; их импульс можно измерить по кривизне в наложенном магнитном поле.

Затем существуют электромагнитные калориметры, в которых фотоны теряют свою энергию, а заряженные частицы остаются в виде дорожек.

Затем идут адронные калориметры с большой массой, так что сильно взаимодействующие частицы, адроны, протоны, нейтроны, антипротоны, антинейтроны отдают свою энергию. Протоны будут иметь непрерывный путь до адронного калориметра из-за их заряда. Антипротоны будут иметь отрицательный заряд. Нейтроны будут выделять энергию без предыдущего следа следа. Антинейтроны тоже будут отдавать энергию без следа, только из-за аннигиляции с веществом ливень будет более энергичным.

При энергиях LHC разница множественности за счет аннигиляции для антинейтронов не будет различима. При низких энергиях антинейтроны имеют более высокие ливни множественности.

Обычно в коллайдерах о существовании антинейтронов можно догадаться по сохранению заряда и барионных чисел в событиях с малой множественностью.

В эксперименте, в ходе которого был измерен наиболее строгий предел колебаний нейтрона и антинейтрона (т. е. произвести нейтроны, позволить им летать некоторое время, а затем посмотреть, не обнаружатся ли антинейтроны), использовалась углеродная фольга толщиной 130 микрометров и диаметром 110 см . Эта мишень имела вероятность взаимодействия антинейтронов (и, таким образом, образования вторичных частиц) более 99% и высокую прозрачность для нейтронов.

Эта мишень была окружена следящим детектором (для измерения импульса заряженных частиц), сцинтилляционными счетчиками и калориметром (для измерения энергии заряженных и нейтральных частиц). Они используются для поиска продуктов аннигиляции антинейтрона с протонами или нейтронами ядер углерода (в то время как нейтроны в основном только упруго рассеиваются, т.е. покидают фольгу, не разрушаясь).

Следует признать, что нейтроны, используемые в этом эксперименте, имеют относительно низкую энергию, в среднем 0,002 электронвольта, что соответствует скорости 600 метров в секунду.