La identificación de partículas es el proceso de utilizar la información que deja 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]
Partículas cargadas
Las partículas cargadas se han identificado utilizando una variedad de 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 partículas cargadas y, por lo tanto, su identidad.
Ionización específica
Una partícula cargada pierde energía en la materia por ionización a una tasa determinada en parte por su velocidad. La pérdida de energía por unidad de distancia se denomina típicamente 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 capa delgada de material está sujeta a grandes fluctuaciones y, por lo tanto, la determinación precisa de dE / dx requiere una gran cantidad de mediciones. Se excluyen las mediciones individuales en las colas de baja y alta energía.
Tiempo de vuelo
Los detectores de tiempo de vuelo determinan la velocidad de las partículas cargadas midiendo el tiempo requerido para viajar desde el punto de interacción hasta el detector de tiempo de vuelo, o entre dos detectores. La capacidad de distinguir los 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 solo para partículas con un factor de Lorentz pequeño .
Detectores Cherenkov
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 de Cherenkov.
Fotones
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 neutrales. Un pión neutro que se descompone dentro del calorímetro EM puede replicar este efecto.
Electrones
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.
Muones
Los muones penetran más material que otras partículas cargadas y, por lo tanto, pueden identificarse por su presencia en los detectores más externos.
Partículas de tau
La identificación de Tau requiere diferenciar el "chorro" estrecho producido por la desintegración hadrónica de la tau de los chorros de quarks ordinarios .
Neutrinos
Los neutrinos no interactúan en los detectores de partículas y, por lo tanto, escapan sin ser detectados. Su presencia puede inferirse por el desequilibrio de la cantidad de movimiento de las partículas visibles en un evento. En los colisionadores de electrones y positrones, se pueden reconstruir tanto el momento del neutrino en las tres dimensiones como la energía del neutrino. La reconstrucción de la energía de neutrinos requiere una identificación precisa de las partículas cargadas. En colisionadores que utilizan hadrones, solo se puede determinar el momento transversal a la dirección del haz.
Hadrones neutrales
Los hadrones neutros a veces se pueden identificar en calorímetros. En particular, se pueden identificar antineutrones y K L 0 s. Los hadrones neutros también se pueden identificar en colisionadores de electrones y positrones de la misma manera que los neutrinos.
Quarks pesados
El etiquetado de sabor de quark identifica el sabor del quark del que proviene un jet . El etiquetado B , la identificación de los quarks inferiores , es el ejemplo más importante. El marcado B se basa en que el quark b es el quark más pesado involucrado en una desintegración hadrónica (las partes superiores son más pesadas, pero para tener una parte superior en una desintegración es necesario producir una partícula más pesada para tener una desintegración posterior en una parte superior). Esto implica que el quark b tiene una vida útil corta y es posible buscar su vértice de decaimiento en el rastreador interno. Además, sus productos de desintegración son transversales al haz, lo que da como resultado una alta multiplicidad de chorros. Charm etiquetado usando técnicas similares también es posible, pero muy difícil debido a la masa inferior. Etiquetar jets de quarks más ligeros es simplemente imposible, debido a los antecedentes de QCD, simplemente hay demasiados jets indistinguibles.