Как высокоэнергетические детекторы способны различать мемем_{е} и мммммм_{\мю}?

Вчера я попросил учителя задать этот интересный вопрос:

Предположим, вы проводите эксперимент по рассеянию высоких энергий на БАК. Для конкретности предположим, что это событие рассеяния 2 к 2, в котором участвуют электроны и/или мюоны.

Теоретик использует QFT для вычисления некоторого сечения, которое получается из амплитуды

А п 1 п 2 → п 3 п 4 "=" Ф ( с , т , ты , м е , м мю , … )

Амплитуда является функцией переменных Мандельштама с ≡ ( п 1 + п 2 ) 2 , т ≡ ( п 1 − п 3 ) 2 и ты ≡ ( п 1 − п 4 ) 2 , а также масса электрона м е и мюон м мю (и некоторые другие вещи).

Поскольку мы проводим высокоэнергетический эксперимент, у нас, очевидно, есть с , т , ты ≫ м е , м мю , и по этой причине теоретик делает приближение м е ≈ 0 и м мю ≈ 0 .

Вопрос: Как БАК может различать электрон и мюон, если теоретик делает приближение, что электрон и мюон оба безмассовые?

Почему-то приближение м е ≈ м мю ≈ 0 это плохо, и вопрос в том, почему это так. Одна из идей коллеги заключалась в том, что следы электрона и мюона выглядят по-разному; из-за циклотронного радиуса р ∼ с м д Б ∝ м магнитные поля, используемые в машине для отслеживания частиц, выходящих из столкновения, увидят спираль электрона более резко, чем мюона.

Любые идеи относительно других причин, почему?

Ответы (4)

Идентификация мюонов и электронов действительно является сложной задачей для экспериментов на LHC. Например, нужно отличать электроны от фальшивых мюонов, которые оставляют электроноподобный сигнал, даже если есть две разные части, в которых эти частицы могут передавать свою энергию.

На LHC есть два детектора общего назначения, а именно CMS и ATLAS, которые выполнены в виде луковичной структуры изнутри наружу. У обоих есть специальные части для обнаружения мюонов, которые в основном представляют собой камеры в самом внешнем слое.

Прежде всего, понятие «частица» в детекторе не является очевидным или естественным из-за физических ограничений разрешения и сбора данных.

Необработанные данные детектора, по сути, представляют собой массив выделений энергии в пикселях калориметров или полосках детекторов, который не дает никакой информации о том, какая частица есть какая. Физикам необходимо реконструировать частицы с помощью некоторых алгоритмов (типа Particle-Flow) и разрезов (выбор диапазона значений энергии, импульса, углов, псевдобыстроты и т. д.). Группа энерговыделений должна быть связана с частицей, но она также может быть загрязнена фоновым шумом или другими мешающими энерговыделениями других частиц.

Таким образом, для каждого кандидата в мюоны существует несколько тегов , которые должны быть согласованы друг с другом. Например, существуют кало-мюоны , представляющие собой реконструированные сигналы частиц, регистрируемые в электромагнитном калориметре (где также обнаруживаются электроны). Существуют отдельные мюоны , которые обнаруживаются только в мюонных камерах. Есть трекерные мюоны , которые обнаруживаются в трекерах и совпадают с попаданиями мюонов в камеры. Также существуют фальшивые мюоны , которые на самом деле представляют собой заряженные адроны, видимые в калориметре, но вводящие в заблуждение совпадения с попаданием мюонов в камеры.

Таким образом, необходимо сделать соответствующие разрезы по импульсу и т. д., чтобы устранить те несовпадения, которые зависят от детектора, типа идентификации (автономный, кало, трекер и т. д.) и энергетической шкалы. Существуют свободные и узкие разрезы, которые можно использовать в зависимости от рассматриваемого анализа или топологии процесса.

Обычный способ отличить электрон от мюона в высокоэнергетическом детекторе - это их взаимодействие с веществом: - электрон быстро сбросит всю свою энергию в "электромагнитном ливне" и быстро остановится - мюон будет взаимодействовать минимально и уйдет далеко через материал.

На картинках они выглядят так:введите описание изображения здесь

Обратите внимание, что мы не пытаемся таким образом измерить массу покоя электрона или мюона. Мы знаем, что это такое. Мы просто пытаемся определить, к какому типу частиц относится конкретный трек, а затем указываем правильную массу для вычислений.

Я думаю, что суть вопроса в том, почему мюон минимально взаимодействует, а электрон — нет?

Какие бы приближения ни делал теоретик, это не влияет на детекторы.

Кривизна дорожки в магнитном поле измеряет заряд, деленный на импульс, а не на массу:

1 р ∝ д п

Конечно:

п "=" γ м в

но все движется рядом с . На самом деле, что касается времени отслеживания и триггеров положения (время пролета), все движется со скоростью света.

Тем не менее, существуют пороговые эффекты скорости, такие как эффект Черенкова и переходное излучение, которые могут принимать 2 частицы с одинаковым импульсом и отличать электроны от мюонов; однако при энергиях LHC это не всегда практично, поскольку оба могут иметь скорости, превышающие порог.

Войдите в калориметр. Это связка свинцового стекла (ср. прозрачный свинец). Ответ Боба Якобсена объясняет это. Единственная дополнительная информация заключается в том, что лептоны взаимодействуют через тормозное излучение и рождение пар, сечения которых содержат степени 1 / м , такие электроны сбрасывают всю свою энергию и мюоны проникают.

Ожидаемые частицы в эксперименте CMS на LHC

cmseve

Таким образом, электроны и мюоны оставляют совершенно разные сигнатуры, хотя из-за высокой энергии они могут оставлять одинаковые следы в следящем детекторе. Электроны поглощаются в электромагнитном калориметре, а мюоны проходят, их электромагнитные взаимодействия минимальны из-за их большой массы, оставляя сигнал трека, который можно подогнать.

Как высокоэнергетические детекторы способны различать мемем_{е} и мммммм_{\мю}?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v