粒子探测绪论

1、粒子探测技术粒子探测技术主讲：汪晓莲主讲：汪晓莲 电话：电话：36011783601178 辅导：达红玉辅导：达红玉 崔相利崔相利近代物理楼近代物理楼307、312 高能物理实验室高能物理实验室2008年年9月月8日日2022-6-1中国科大 汪晓莲2本课主要内容与特点内容：内容：p以核物理与粒子物理实验为背景，介绍以核物理与粒子物理实验为背景，介绍各种探测器的基本各种探测器的基本概念和基础知识，包括：微观粒子与物质的相互作用和它概念和基础知识，包括：微观粒子与物质的相互作用和它们的探测原理，粒子探测器的统计性质和实验据处理知识。们的探测原理，粒子探测器的统计性质和实验据处理知识。p介绍各种微

2、观粒子介绍各种微观粒子探测器：气体探测器、半导体探测器、探测器：气体探测器、半导体探测器、闪烁探测器、契伦柯夫探测器、气体多丝室、各种径迹探闪烁探测器、契伦柯夫探测器、气体多丝室、各种径迹探测器、粒子探测系统、各种磁谱仪（高能磁谱仪和重离子测器、粒子探测系统、各种磁谱仪（高能磁谱仪和重离子磁谱仪）等磁谱仪）等的基本结构、工作原理、主要特性、种类和应的基本结构、工作原理、主要特性、种类和应用。用。特点：特点：p技术性强、实践性强技术性强、实践性强p理论与实验结合理论与实验结合2022-6-1中国科大 汪晓莲3学习目的和意义p培养掌握各种粒子探测技术的专门人才。培养掌握各种粒子探测技术的专门人才。

3、p了解掌握粒子与物质相互作用的物理过程和基了解掌握粒子与物质相互作用的物理过程和基本规律，会使用各种探测器。本规律，会使用各种探测器。p掌握粒子测试系统的原理及组建。掌握粒子测试系统的原理及组建。p掌握大型高能粒子探测谱仪的构成和工作原理。掌握大型高能粒子探测谱仪的构成和工作原理。p会设计研发新的粒子探测器。会设计研发新的粒子探测器。2022-6-1中国科大 汪晓莲4学习方法和基本要求学习方法：学习方法：理论联系实际，认真听课，独立完成作业，认真做好实验。理论联系实际，认真听课，独立完成作业，认真做好实验。基本要求：基本要求：p掌握核与粒子物理实验的基本概念，掌握粒子与物质相掌握核与粒子物理实

4、验的基本概念，掌握粒子与物质相互作用的基本规律，各种粒子被探测的基本原理。互作用的基本规律，各种粒子被探测的基本原理。p根据实验要求，会选择粒子探测器。根据实验要求，会选择粒子探测器。p确定采用的探测方法和技术，设计粒子探测系统，并给确定采用的探测方法和技术，设计粒子探测系统，并给出探测系统原理方框图。出探测系统原理方框图。2022-6-1中国科大 汪晓莲5评分标准和要求p平时占平时占30% 30% ，根据作业、堂上练习、堂上提问、，根据作业、堂上练习、堂上提问、讨论、小论文等综合给分。作业每次留，一周交讨论、小论文等综合给分。作业每次留，一周交一次。一次。p考试占考试占70%70%p本科生实

5、验单独计分，研究生实验视安排情况而本科生实验单独计分，研究生实验视安排情况而定。实验要求认真预习，写出预习实验报告，合定。实验要求认真预习，写出预习实验报告，合作完成实验，独立完成实验报告作完成实验，独立完成实验报告。2022-6-1中国科大 汪晓莲6主要参考书及有关学术刊物p粒子探测器与数据获取粒子探测器与数据获取有关章节有关章节 高能物理所谢一冈等编著高能物理所谢一冈等编著p粒子物理实验方法粒子物理实验方法有关章节有关章节 唐孝威院士等编著唐孝威院士等编著pNuclear Instruments and Methods in Physics Research ApAnnual Review

6、 of Nuclear SciencepIEEE Transactions Nuclear Sciencep高能物理与核物理高能物理与核物理p核技术核技术p核电子学与探测技术核电子学与探测技术2022-6-1中国科大 汪晓莲7绪绪 论论p宏观物质与微观粒子（无穷大到无穷小）宏观物质与微观粒子（无穷大到无穷小）从从10102626m m到到1010-18-18m mp物质的基本结构：由原子到夸克物质的基本结构：由原子到夸克p夸克和轻子是物质的最基本组成夸克和轻子是物质的最基本组成一、世界是物质的一、世界是物质的2022-6-1中国科大 汪晓莲8宇宙起源与演化生命起源及其本质粒子物理与宇宙学：粒子

7、物理与宇宙学：联合与交叉联合与交叉同步辐射与中子散射同步辐射与中子散射: : 提供提供关键的研究手段关键的研究手段物质基本结构21世纪自然科学研究的三个最重要前沿世纪自然科学研究的三个最重要前沿物质科学是一切现代科学的基础物质科学是一切现代科学的基础2022-6-1中国科大 汪晓莲9Electroweak forceElectromagnetic forceQEDWeak forceStandardmodelStrong forceQCDGravitation forcegeneral relaticivityGalaxy1021 mMatter10-1 mCrystal10-9 mAtom1

8、0-10 mAtomnucleus10-14 mElectronNucleon10-15 m DE E4/m4 ( = E/m) LEPII: DE = 5.6 GeV (2.8 % per turn)Power 30,000 kWCost scaling $ Ecm22022-6-1中国科大 汪晓莲59Solution: No Bends Linear Collidere+e-10 km Acceleration gradient determines the total length of the linac. Eg. for a 25 MV/m gradient (Tesla), lin

9、ac length is 10 km minimum for a 250 GeV beam.10 kmEcm=E+ + E-2022-6-1中国科大 汪晓莲602022-6-1中国科大 汪晓莲61Time Table of the Future International Linear Time Table of the Future International Linear ColliderCollider2004: Technology choice announed in Beijing ICHEP04 Phase I: Ecm=500 GeV; Phase II: Ecm=1000 GeV2005: Conceptual Design Report for accelerator and two detectors. Cost will be defined. $7-10B Accelerator + 10% detectors2007: TDR for accelerator completed by an international team.2008: Site selection (Germany, U.S.?). - Host country pays 60% of construction cost? - To e