Детекторы корпускулярных излучений - Клайнкнехт К.
ISBN 5-03-001873-5
Скачать (прямая ссылка):
:зулыаты измерений для ff-мєзояов
энергией 15 ГэВ (7) и 300 ГэВ (2) [42].
Рис. 6.7. Измерение продольной протяженности адронного ливня Oi точки взаимодействия z: центр тяжести (7), длина, содержащая 95?? первичной энергии (2) к длина ливня как функция энергии тг-мезона (3) [135].
\
170
6. Измерение энергии
п
1Ш
IM
2,5с* Fe
12,5сп Fe
Рис. 6.8. Схема калориметра из железа и сцинтиллятора [42]. 1 — мюонный фильтр, Fe (1,5 м); 2 — калориметр, Fe (2 м); 5 —триггер.
поглощения X, которую можно рассчитать из неупругого взаимодействия адронов. Она равна X = AZ(G1NoQ)9 где А — атомный вес, Q — плотность в No — число Авогадро. Измеренные величины X для ряда материалов, используемых в калориметрах, равны 34 см (С),
17,1 см (Fe), 18,5 см (Pb) и 12,0 см (U). По сравнению с малой величиной радиационной длины для материалов с высоким Z, что делает возможным создание относительно небольших электромагнитных ливней, эти длины поглощения очень велики. Поэтому адрон-ные калориметры должны быть существенно более массивными, чем электромагнитные. Типичные значения для адронных калориметров из железа — примерно 2 м длиной и 60 см в поперечнике. Необходимые размеры можно видеть из результатов измерений, представленных на рис. 6.6 и 6.7 [135]. На рис. 6.6 представлено поперечное распределение энергии в ливне, образованном в калориметре из железа с пластинами толщиной 2,5 см, в котором сцин-тилляционный свет с пяти сцинтилляторов собирался на одном ФЭУ (рис. 6.8). Измерения для х-мезонов с энергией 15 и 300 ГэВ отчетливо показали, что длина ливня увеличивается с возрастанием первичной энергии. На рис. 6.7 приведены три характеристики ливня в зависимости от начальной энергии: а) центр тяжести энергетического распределения ливня в продольном направлении; б) длина L (95%), внутри которой в ливне содержится 95% полной энергий ливня, и в) длина ливня, число частиц за пределами которой меньше единицы. Параметризация длины L (95%) может быть пред-
6.2. Адронные калориметры
171
25 20
15
10
5
О 30
25
¦ ¦ ¦
го
\
UO Гэв
50 Гэв
20 40 60 80 100
Глубина ливня\ GM
2000
Ю 1520
50 80100 200 Знергияу Гэв
500
Рис. 6.9. Радиальная протяженность адронного ливня, соответствующая 95% первичной энергии 5, в зависимости от расстояния до точки взаимодействия [135].
Рис. 6.10. Видимая энергия ливня в калориметре, изображенном на рис 6.8, в единицах видимой энергии минимально ионизующей частицы ("пер") [42] I — электроны; 2 — адроны; 3 — калибровка.
ставлена в виде
Ц95Щ = [9,41п?(ГэВ) + 39] см Fe. (6.5)
Подобным же образом можно определить поперечный размер ливня как поперечный размер калориметра (считая из центра), внутри которого остается 95% энергии ливня. На рис. 6.9 предстар-лены результаты измерений этой величины.
Если адронный ливень полностью поглощается в калориметре, то регистрируемая им «видимая» энергия пропорциональна начальной энергии падающего адрона. Эта линейная связь видна на рис. 6.10 для калориметра с размерами, представленными на рис. 6.8. «Видимая» энергия для адронов здесь меньше, чем для электронов.
Помимо потерь частиц в продольном или поперечном направлениях для адронных калориметров играют также существенную роль Лотери энергии ливня, обусловленные следующими причинами: і а) некоторые ливневые частицы, такие, как мюоны и нейтрино
172 6 Измерение энергии
от распада тг-мезонов, вылетают из калориметра (примерно 1% потери энергии при начальной энергии 140 ГэВ);
б) в результате неупругих соударений ливневых частиц ядро вещества поглотителя возбуждается или расщепляется, при этом возникает низкоэнергетичное 7-излучение или фрагменты ядер; эти
частицы имеют столь малый пробег, что они остаются в пределах вещества поглотителя, так что почти не дают вклад в «видимую» энергию. Эта потеря «видимой энергии» составляет 15—30% от начальной энергии.
Эти потери можно довольно просто оценить, если сравнить «видимую» энергию («отклик»), которую выделяют электроны и t-мезоны с одинаковой энергией в одном и том же калориметре. Измеренное соотношение этих энергий для начальной энергии частицы от 4 до 300 ГэВ представлено на рис 6.11.
Это различие в «видимой» энергии для электронов и х-мезонов приводит к флуктуациям регистрируемой «видимой» энергии для адронного ливня, так как количество 7г°-мезонов в ливне также флуктуирует. Поскольку тг°-мезоны распадаются в течение 10 ~16 с путем испускания двух 7-квантов и, следовательно, внутри адронного каскада образуются электромагнитные каскады, вклад 7г°-мезона в «видимую» энергию составляет большую величину, чем вклад тг + -мезона с той же энергией, а статистический разброс доли х°-мезонов приводит к упоминаемым выше флуктуациям.
В энергетическое разрешение адронных ливней помимо этого, естественно, вносит вклад сэмплинг-флуктуация, которая в этом
і
і і
о
50 ЮО /50 200 250 300 350
Энергия, ГзВ
Рис. 6.11. Отношение видимой энергии т-мезона и электрона при одинаковой пер вичной энергии («отношение откликов») [42]; 7, 2—1981 PS, SPS', 3 — 1979 SPS,
