В экспериментальной и прикладной физике элементарных частиц , ядерной физике и ядерной инженерии детектор частиц , также известный как детектор излучения , представляет собой устройство, используемое для обнаружения, отслеживания и/или идентификации ионизирующих частиц , таких как те, которые производятся при ядерном распаде , космическом излучении или реакциях в ускорителе частиц . Детекторы могут измерять энергию частицы и другие атрибуты, такие как импульс, спин, заряд, тип частицы, в дополнение к простой регистрации присутствия частицы.
Многие из детекторов, изобретенных и используемых до сих пор, представляют собой ионизационные детекторы (из которых наиболее типичными являются газоионизационные детекторы и полупроводниковые детекторы ) и сцинтилляционные детекторы ; но также применялись и другие, совершенно иные принципы, такие как черенковское излучение и переходное излучение.
Исторические примеры
Следующие типы детекторов частиц широко используются для радиационной защиты и производятся в больших количествах для общего применения в ядерной, медицинской и экологической областях.
Широко используемые детекторы для физики элементарных частиц и ядерной физики
Современные детекторы в физике элементарных частиц объединяют несколько из вышеперечисленных элементов в слои, подобно луковице .
Детекторы, разработанные для современных ускорителей, огромны как по размеру, так и по стоимости. Термин «счетчик» часто используется вместо «детектора» , когда детектор подсчитывает частицы, но не определяет их энергию или ионизацию. Детекторы частиц обычно также могут отслеживать ионизирующее излучение (высокоэнергетические фотоны или даже видимый свет ). Если их основной целью является измерение излучения, их называют детекторами излучения , но поскольку фотоны также являются (безмассовыми) частицами, термин «детектор частиц» по-прежнему корректен.
Помимо экспериментальных реализаций, теоретические модели детекторов частиц также имеют большое значение для теоретической физики. Эти модели рассматривают локализованные нерелятивистские квантовые системы, связанные с квантовым полем. [1] Они получили название детекторов частиц, потому что, когда нерелятивистская квантовая система измеряется в возбужденном состоянии, можно утверждать, что обнаружена частица. [2] [3] Первый случай моделей детекторов частиц в литературе датируется 80-ми годами, когда частица в ящике была введена WG Unruh для того, чтобы исследовать квантовое поле вокруг черной дыры. [2] Вскоре после этого Брайс ДеВитт предложил упрощение модели, [4] что привело к появлению модели детектора Унру-ДеВитта.
Помимо их приложений к теоретической физике, модели детекторов частиц связаны с экспериментальными областями, такими как квантовая оптика , где атомы могут использоваться в качестве детекторов квантового электромагнитного поля посредством взаимодействия света и материи. С концептуальной стороны детекторы частиц также позволяют формально определить концепцию частиц, не полагаясь на асимптотические состояния или представления квантовой теории поля. Как говорит М. Скалли , с операционной точки зрения можно утверждать, что «частица — это то, что обнаруживает детектор частиц», [5] , что по сути определяет частицу как обнаружение возбуждений квантового поля.