El recorregut per la Física de Partícules

 
 
Menu Principal
Ones
Tub de Braun
CERN
Traces de les partícules
Interacció forta
Interacció feble
Interacció electromagnètica
Danys
 
Amb la col·laboració de







 

Traces de partícules en detectors

 
Introducció Exercici 1 Exercici 2        



 

Les imatges de detector que es tractaran després procedeixen del CERN, l'accelerador de partícules més gran del món, situat a Ginebra. Consisteix en un anell emmagatzemador amb un perímetre de 27 km, construït a 100 km de profunditat. Fins a finals del 2000 allí s'hi feien col·lidir electrons i positrons, "electrons" amb càrrega elèctrica positiva, prèviament accelerats.

En les reaccions que tenien lloc degut a les col·lisions s'originaven les diferents partícules. Un ordinador representava gràficament les dades procedents del detector sobre els productes de la reacció, les analitzava, i d'aquí sorgien les imatges que es tractaran.

En l'exercici 1 aprendràs a diferenciar les traces de tres tipus de partícules.

En l'exercici 2 aprendràs a interpretar reaccions senzilles, i a classificar-les mitjançant diferents imatges.


En aquests exercicis, a part de les partícules que ja coneixes, o sigui les que formen part de l'estructura de la matèria ordinària, en descobriràs de noves. Però aquí no s'en donen gaires detalls. Per més informació sobre aquestes partícules, pots consultar després les pàgines sobre el Model Estàndard.

Per cada esdeveniment es donen dues imatges, una que representa la vista transversal, i l'altra, la longitudinal. En cada imatge es mostren esquemàticament les difererents seccions del detector (zones actives de detecció), corresponents als diferents subdetectors.

A continuació, farem algunes indicacions sobre els convenis utilitzats en les imatges que et permetran fer interpretacions.

A la part inferior de les imatges sempre es proporciona una escala que permet saber les energies de les traces. Es fan les següents assignacions (on la unitat d'energia és es el GeV, o gigaelectrovolt, o sigui 1*106 eV):

  • vermell: 0 - 0,5 GeV
  • groc: 0,5 - 1 GeV
  • verd: 1 - 2 GeV
  • blau: 2 - 4 GeV
  • lila: 4 - 8 GeV
  • turquesa: 8 - 16 GeV
  • blanc: més de 16 GeV

En l'explicació de les diferents seccions del detector es consideraran els colors de l'exemple.

 


Estructura del detector:

Les diferents seccions es limiten mitjançant circumferències concèntriques. Alguna secció abarca més d'una línia.

Al centre del detector es troba el tub o canó del feix, en el qual circulen els electrons i els positrons.

La zona que va des del tub del feix fins la tercera circumferència (la que s mostra com feta "a peces") correspon a la primera secció del detector. Aquí es detecten les partícules carregades elèctricament. En la imatge de l'exemple la traça està representada amb lila, cosa que correspon a 4 - 8 GeV. Aquesta detecció es fa en el sí d'un camp magnètic, en el que les partícules carregades es corben. Per aquest motiu les partícules carregades, que es desvien segons la regla de la mà esquerra, deixen una traça també corba. Com més corba és una traça, més pesada és la partícula carregada. Això permet diferenciar les partícules carregades.

La següent circumferència correspon a la segona secció del detector, l'anomenat "calorímetre electromagnètic". Aquí es mesura l'energia de les partícules carregades elèctricament. L'energia mesurada es mostra mitjançant una capsa groga (la qual cosa correspon a 0,5 - 1 GeV). Es mesura a partir de l'energia que dipositen les partícules al calorímetre electromagnètic, que pot ser tota la seva energia o només una part. Les partícules que perden tota la seva energia no continuen avançant, de manera que ja no són detectades en les altres parts del detector.

La cinquena circumferència representa la tercera secció del detector, l'anomenat "calorímetre hadrònic". Aquelles partícules que, després de travessar el calorímetre electromagnètic, encara tenen energia, són registrades en aquesta secció. En el cas de l'exemple la mesura de l'energia es representa mitjançant una capsa lila (4 - 8 GeV). Aquí la mesura de l'energia també té lloc, igual que en el calorímetre electromagnètic, gràcies a la cessió d'energia per part de les partícules. En aquest procés poden perdre tota o una part de l'energia. En cas que perdin tota l'energia, ja no s'enregistren més dades en el detector, i la traça de la partícula acaba al calorímetre hadrònic. En el nostre exemple la partícula, però, encara té energia i continua avançant.

L´última circumferència correspon a la quarta secció del detector, l'anomenada "cambra de muons". En aquesta secció només deixen traça els muons, que poden descriure's com electrons "pesats". En aquest exemple ens trobem amb un muó. La seva traça es representa en la cambra de muons mitjançant la creu groga i la fletxa vermella.

Ara ja conèixes les diferents seccions del detector, i com s'han d'interpretar les imatges. Per tant....

Pots provar de fer l'exercici 1!