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 , la radiación cósmica o las reacciones en un acelerador de partículas . Los detectores pueden medir la energía de la partícula y otros atributos como el momento, 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 detectores de ionización gaseosa y los detectores de semiconductores son los más típicos) y detectores de centelleo ; pero también se han aplicado otros principios completamente diferentes, como la luz de Čerenkov y la radiación de transición.
Ejemplos históricos
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 ambiental.
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, de forma muy similar a una cebolla .
Los detectores diseñados para los 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 finalidad 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 no relativistas localizados acoplados a un campo cuántico. [1] Reciben el nombre de detectores de partículas porque cuando el sistema cuántico no relativista se mide en un 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 una partícula en una caja fue introducida por WG Unruh para sondear un campo cuántico alrededor de un agujero negro. [2] Poco después, Bryce DeWitt propuso una simplificación del modelo, [4] dando lugar al modelo de detector Unruh-DeWitt.
Más allá de sus aplicaciones en la física teórica, los modelos de detectores de partículas están relacionados con campos experimentales como la óptica cuántica , donde los átomos pueden utilizarse 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.