Tema 25: Detectores de partículas para experimentos de física de altas energías. Técnicas de fabricación y montaje mecánico.

Question 1

Detector de partículas (detector de radiación).

Answer 1

Dispositivo utilizado para detectar, rastrear y/o identificar diferentes tipos de partículas subatómicas.

Question 2

Generación de partículas.

Answer 2

• En procesos de desintegración nuclear.

- En reacciones generadas mediante aceleradores de partículas.

Question 3

Detectores.

Answer 3

Determinan:

• La presencia de la partícula.
• La energía de la partícula.
• El momento, spin, carga eléctrica, etc.

Question 4

Objetivo fundamental de la física de partículas.

Answer 4

• Estudio de los constituyentes de la materia en su nivel más elemental y sus propiedades y las fuerzas responsables de sus interacciones.

Question 5

Interacciones de las partículas con la materia.

Answer 5

• Partículas cargadas relativistas: pierden energía principalmente por colisiones con los electrones atómicos (excitación e ionización).
• Electrones y positrones además producen fotones (Bremsstrahlung) como consecuencia de la interacción con el campo nuclear (del núcleo atómico).
• Fotones: pueden perder parte de su energía por el efecto Compton o ser absorbidos completamente en el medio y emitir electrones a través del efecto fotoeléctrico o generar pares electrón-positrón.
• Hadrones: pueden interactuar con el núcleo y producir mesones neutros y cargados y el núcleo absorberá parte de la energía del hadrón que después liberará emitiendo nucleones.

Question 6

Detectores de ionización.

Answer 6

• Transforma la ionización que produce una partícula cargada al atravesar un material en una señal medible.
• Los medios pueden ser gaseosos, líquidos o de estado sólido (semiconductores).

Question 7

Detectores de centelleo.

Answer 7

• Partículas producen luz al excitar los átomos a su paso.
• Distintos materiales centelleadores (producen luz al paso de una partícula):
  · Órganicos (plásticos)
  · Inorgánicos (cristales)
  · Gases/líquidos nobles (Ar líquido, Xe líquido)

Question 8

Detectores de fotones.

Answer 8

• Transforman la luz que reciben en una señal eléctrica medible.

• Foto detectores de vacío.
o PMT (Photo Multiplier Tube).
o MCP (MIcrochannel Plates).

• Detectores de estado sólido.
o APD (Avalanche PhotoDiodes).
o SiPM (Silicon PhotoMultipliers).

• Detectores híbridos.
o HPD (Hybrid Photon Detectors)

Question 9

Calorímetros.

Answer 9

• Se pueden medir partículas cargadas y neutras.
• Las partículas son absorbidas completamente.
• Los calorímetros se utilizan para medir la Energía de las partículas, su posición y la naturaleza de la misma.
• Se pueden formar:
  • Cascadas electromagnéticas (electrones, positrones, fotones, …).
  • Cascadas hadrónicas (piones, protones, neutrones, …).
• Muones y neutrinos no son absorbidos por los calorímetros.

Question 10

Tipos de calorímetros.

Answer 10

• Calorímetros homogéneos: formados por un solo material que absorbe las partículas para producir la señal.
• Calorímetros de muestreo (2 materiales).
• Absorbente de mayor densidad.
• Medio activo o de lectura: solo lee parte de la cascada.