第七章 粒子鉴别(PID)

粒子鉴别(PID)1dE/dX测量2飞行时间3Cherenkov探测器4穿越辐射探测器

粒子鉴别是高能物理实验的一个重要方面。某些物理量只有通过复杂的粒子鉴别才能得到(B-物理，CP破坏以及稀有衰变等)

需要鉴别的粒子有：

/K,K/p,e/,/0….

鉴别粒子的方法对相关能量的测量都相当依赖。两个物理效率XX或XY

它们存在一定关系：探测器的性能可以用分辨力Dx,y来表示

Sx,Sy分别是探测器给出的粒子x与y的信号，其信号分辨率为s。一个例子通过dE/dX来鉴别粒子

同时测量动量以及dE/dX就可以得到粒子的静止质量，从而可以鉴别粒子如何提高鉴别能力呢(利用dE/dX)？提高dE/dX样本的纯度计算截断平均值，也就是忽略样本中高值的部分还有就是增加气体压力，这样可以改善分辨率(

提高初始统计)，但这将带来减小相对论上升的副作用，这是由于密度效应的关系！

注意不能将高值尾巴截断太多！

例子：ALEPH的TPC通过电离束团计数得到高分辨率的dE/dX回忆第二章：初始电子－离子对的数目是按Poisson分布的如果我们能计数电离束团，那么

E的分辨率是什么呢？电离束团计数的方法已经得到了应用——时间扩展室，但还没有应用于粒子物理实验。用混合型气体探测器来电离束团计数：像素读出芯片＋微放大箔利用飞行时间鉴别粒子例子：NA49重离子实验高分辨率TOF的要求：

快速探测器(塑料闪烁体，气体探测器，如

RPC(ALICE))

适当的信号处理(稳定的鉴别率以及修正)

连续稳定的监控例子：NA49重离子实验回到…带电粒子相互作用回忆能量损失是由于电离…还有别的原因致使能量损失！介质中的光子将按下面关系传播

假设软碰撞＋四动量守

恒发射真实光子：如果发射光子。也就是说如果粒子在电介质中的速度c大于光在介质中的传播速度c/n，那么粒子将发射真实光子。Cherenkov辐射Cherenkov探测器

Cherenkov辐射的能损比电离能损小得多(0.1%)

Cherenkov效应只发出很弱的光

需要高灵敏度的光探测器探测到的光电子数是光探测器(光电倍增管，光电灵敏气体探测器…)灵敏范围的宽度。N0是代表光探测器的性能的好坏可以分成两种探测器：1.Nph(

)

阈值式探测器(不能测量c)2.()微分式探测器和环形成像探测器(RICH)环形成像Cherenkov探测器RICH探测器可以通过用一个光灵敏平面横断Cherenkov圆锥面来确定

c

要求大面积光灵敏探测器，例如：用光灵敏气体的丝室

PMT矩阵LHCb上的两种RICH探测器利用穿越辐射鉴别粒子穿越辐射是由Ginzburg和Franck在1946年提出来的。穿越辐射也被称当带电粒子穿过折射系数变化的介质时(例如，真空为亚Cherenkov和电介质层的边界时)将辐射出电磁波，这就叫做穿辐射越辐射。相对论修正：每个介质/真空界面辐射能量辐射出光子数目/界面是很小的需要许多穿越由许多层气体与薄膜间隔组成的探测层穿越辐射的发射能谱＝f(材料，)

典型能量：光子能量是在keV范围当小角度时1/，将发射一个很尖

X射线穿越辐射方向接近于径迹方向粒子必须穿过最小距离，即所谓的形成区域Zf，才能有效辐射出光子。Zf，由材料(p)、穿越辐射频率()以及确定。Zf空气

mm，Zf(CH2)20m设计穿越辐射探测器非常重要的参数穿越辐射探测器：薄膜由CH2(聚乙烯)以及C5H4O2(聚脂薄膜)