En física de partículas experimental y aplicada , física nuclear e ingeniería nuclear , un detector de partículas , también conocido como detector de radiación , es un dispositivo utilizado para detectar, rastrear y/o identificar partículas ionizantes , como las producidas por la desintegración nuclear , cósmica . radiación o reacciones en un acelerador de partículas . Los detectores pueden medir la energía de las partículas y otros atributos como el impulso, el giro, la carga y el tipo de partícula, además de simplemente registrar la presencia de la partícula.
Muchos de los detectores inventados y utilizados hasta ahora son detectores de ionización (de los cuales los más típicos son los detectores de ionización gaseosa y los detectores de semiconductores ) y detectores de centelleo ; pero también se aplicaron otros principios completamente diferentes, como la luz de Čerenkov y la radiación de transición.
Ejemplos historicos
Los siguientes tipos de detectores de partículas se utilizan ampliamente para la protección radiológica y se producen comercialmente en grandes cantidades para uso general en los campos nuclear, médico y medioambiental.
Detectores de uso común para física nuclear y de partículas.
Los detectores modernos en física de partículas combinan varios de los elementos anteriores en capas muy parecidas a una cebolla .
Los detectores diseñados para aceleradores modernos son enormes, tanto en tamaño como en coste. El término contador se utiliza a menudo en lugar de detector cuando el detector cuenta las partículas pero no resuelve su energía o ionización. Los detectores de partículas también suelen poder rastrear la radiación ionizante ( fotones de alta energía o incluso luz visible ). Si su objetivo principal es la medición de la radiación, se denominan detectores de radiación , pero como los fotones también son partículas (sin masa), el término detector de partículas sigue siendo correcto.
Más allá de sus implementaciones experimentales, los modelos teóricos de detectores de partículas también son de gran importancia para la física teórica. Estos modelos consideran sistemas cuánticos localizados no relativistas acoplados a un campo cuántico. [1] Reciben el nombre de detectores de partículas porque cuando el sistema cuántico no relativista se mide en estado excitado, se puede afirmar que se ha detectado una partícula. [2] [3] El primer ejemplo de modelos de detectores de partículas en la literatura data de los años 80, cuando WG Unruh introdujo una partícula en una caja para sondear un campo cuántico alrededor de un agujero negro. [2] Poco después, Bryce DeWitt propuso una simplificación del modelo, [4] dando origen al modelo detector de Unruh-DeWitt.
Más allá de sus aplicaciones a la física teórica, los modelos de detectores de partículas están relacionados con campos experimentales como la óptica cuántica , donde los átomos pueden usarse como detectores del campo electromagnético cuántico a través de la interacción luz-materia. Desde un punto de vista conceptual, los detectores de partículas también permiten definir formalmente el concepto de partículas sin depender de estados asintóticos o representaciones de una teoría cuántica de campos. Como dice M. Scully , desde un punto de vista operativo se puede afirmar que "una partícula es lo que detecta un detector de partículas", [5] lo que en esencia define una partícula como la detección de excitaciones de un campo cuántico.