В экспериментальной и прикладной физике элементарных частиц , ядерной физике и ядерной технике детектор частиц , также известный как детектор радиации , представляет собой устройство, используемое для обнаружения, отслеживания и/или идентификации ионизирующих частиц , например, тех, которые образуются в результате ядерного распада , космических излучение или реакции в ускорителе частиц . Детекторы могут измерять энергию частиц и другие атрибуты, такие как импульс, спин, заряд, тип частицы, а также просто регистрировать присутствие частицы.
Многие из детекторов, изобретенных и используемых до сих пор, представляют собой ионизационные детекторы (из которых наиболее типичны газообразные ионизационные детекторы и полупроводниковые детекторы ) и сцинтилляционные детекторы ; но применялись и другие, совершенно другие принципы, такие как черенковский свет и переходное излучение.
Исторические примеры
Следующие типы детекторов частиц широко используются для радиационной защиты и производятся в больших количествах для общего использования в ядерной, медицинской и экологической областях.
Часто используемые детекторы для физики элементарных частиц и ядерной физики
Современные детекторы в физике элементарных частиц объединяют несколько вышеперечисленных элементов в слои, напоминающие луковицу .
Детекторы, предназначенные для современных ускорителей, огромны как по размерам, так и по стоимости. Термин « счетчик» часто используется вместо термина «детектор» , когда детектор подсчитывает частицы, но не определяет их энергию или ионизацию. Детекторы частиц также обычно могут отслеживать ионизирующее излучение ( фотоны высокой энергии или даже видимый свет ). Если их основной целью является измерение радиации, их называют детекторами радиации , но, поскольку фотоны также являются (безмассовыми) частицами, термин «детектор частиц» по-прежнему верен.
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 заявить, что обнаружил частицу. [2] [3] Первые модели детекторов частиц в литературе датируются 80-ми годами, когда частица в ящике была введена У. Г. Унру для исследования квантового поля вокруг черной дыры. [2] Вскоре после этого Брайс ДеВитт предложил упрощение модели, [4] что привело к появлению модели детектора Унру-ДеВитта.
Помимо 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. По выражению М. Скалли , с оперативной точки зрения можно утверждать, что «частица — это то, что обнаруживает детектор частиц», [5] что, по сути, определяет частицу как обнаружение возбуждений квантового поля.