La identificación de partículas es el proceso de utilizar la información dejada por una partícula que pasa a través de un detector de partículas para identificar el tipo de partícula. La identificación de partículas reduce los fondos y mejora las resoluciones de medición, y es esencial para muchos análisis en detectores de partículas. [1]
Las partículas cargadas se han identificado mediante diversas técnicas. Todos los métodos se basan en una medición del impulso en una cámara de seguimiento combinada con una medición de la velocidad para determinar la masa de la partícula cargada y, por tanto, su identidad.
Una partícula cargada pierde energía en la materia por ionización a una velocidad determinada en parte por su velocidad. La pérdida de energía por unidad de distancia normalmente se denomina dE/dx. La pérdida de energía se mide en detectores dedicados o en cámaras de seguimiento diseñadas para medir también la pérdida de energía. La energía perdida en una fina capa de material está sujeta a grandes fluctuaciones y, por lo tanto, una determinación precisa de dE/dx requiere una gran cantidad de mediciones. Se excluyen las mediciones individuales en las colas de baja y alta energía.
Los detectores de tiempo de vuelo determinan la velocidad de las partículas cargadas midiendo el tiempo necesario para viajar desde el punto de interacción hasta el detector de tiempo de vuelo, o entre dos detectores. La capacidad de distinguir tipos de partículas disminuye a medida que la velocidad de las partículas se acerca a su valor máximo permitido, la velocidad de la luz , y por lo tanto es eficiente sólo para partículas con un factor de Lorentz pequeño .
La radiación de Cherenkov es emitida por una partícula cargada cuando atraviesa un material con una velocidad mayor que c/n, donde n es el índice de refracción del material. El ángulo de los fotones con respecto a la dirección de la partícula cargada depende de la velocidad. Se han utilizado varias geometrías de detectores Cherenkov.
Los fotones se identifican porque dejan toda su energía en el calorímetro electromagnético de un detector , pero no aparecen en la cámara de seguimiento (ver, por ejemplo, ATLAS Inner Detector ) porque son neutros. Un pión neutro que se desintegra dentro del calorímetro EM puede replicar este efecto.
Los electrones aparecen como una pista en el detector interno y depositan toda su energía en el calorímetro electromagnético. La energía depositada en el calorímetro debe coincidir con el impulso medido en la cámara de seguimiento.
Los muones penetran más material que otras partículas cargadas y, por tanto, pueden identificarse por su presencia en los detectores más externos.
La identificación de Tau requiere diferenciar el "chorro" estrecho producido por la desintegración hadrónica de tau de los chorros de quarks ordinarios .
Los neutrinos no interactúan en los detectores de partículas y, por tanto, escapan sin ser detectados. Su presencia puede inferirse por el desequilibrio del momento de las partículas visibles en un evento. En los colisionadores electrón-positrón se puede reconstruir tanto el momento del neutrino en las tres dimensiones como la energía del neutrino. La reconstrucción de la energía de los neutrinos requiere una identificación precisa de las partículas cargadas. En colisionadores que utilizan hadrones, sólo se puede determinar el momento transversal a la dirección del haz.
A veces se pueden identificar hadrones neutros en calorímetros. En particular, se pueden identificar antineutrones y K L 0 s. Los hadrones neutros también se pueden identificar en colisionadores electrón-positrón del mismo modo que los neutrinos.
El etiquetado de sabor de quark identifica el sabor del quark del que proviene un jet . El ejemplo más importante es el etiquetado B , la identificación de los quarks inferiores . El etiquetado B se basa en que el quark b es el quark más pesado involucrado en una desintegración hadrónica (las cimas son más pesadas, pero para tener una cima en una desintegración es necesario producir alguna partícula más pesada para tener una desintegración posterior en una cima). Esto implica que el quark b tiene una vida corta y es posible buscar su vértice de desintegración en el rastreador interno. Además, sus productos de desintegración son transversales al haz, lo que da como resultado una alta multiplicidad de chorros. También es posible etiquetar amuletos utilizando técnicas similares, pero extremadamente difícil debido a la menor masa. Etiquetar chorros de quarks más ligeros es simplemente imposible, debido al contexto de QCD, simplemente hay demasiados chorros indistinguibles.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ) Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )