微粒检测仪器工作原理及附加装置

　　微粒检测仪的工作原理

　　就像猎人可以从泥泞或雪地上的足迹中识别动物一样，物理学家也可以从它们在微粒检测仪中留下的痕迹中识别出亚原子粒子

　　欧洲核子研究所的加速器在粒子与微粒检测仪内部发生碰撞之前将其提升到高能量。微粒检测仪收集有关粒子的线索——包括它们的速度、质量和电荷——物理学家可以从中找出粒子的身份。这个过程需要加速器，强大的电磁铁，以及层层复杂的子微粒检测仪。

　　在碰撞中产生的粒子通常以直线运动，但在磁场的存在下，它们的路径就会弯曲。粒子微粒检测仪周围的电磁铁产生磁场来利用这种效应。物理学家可以根据粒子路径的曲率计算出粒子的动量——这是确定粒子身份的线索：动量大的粒子几乎是直线运动，而动量很低的粒子在微粒检测仪内以紧密的螺旋形向前移动。

　　现代粒子微粒检测仪由多层子微粒检测仪组成，每个子微粒检测仪都设计用来寻找特定的属性或特定类型的粒子。跟踪设备揭示粒子的路径；热量计停止、吸收和测量粒子的能量；粒子识别微粒检测仪使用一系列技术来确定粒子的身份。

　　跟踪装置

　　跟踪装置揭示带电粒子通过并与适当物质相互作用时的路径。大多数跟踪设备不会使粒子轨迹直接可见，但会记录粒子通过设备时触发的微小电信号。计算机程序然后重建记录下来的轨迹模式。

　　其中一种粒子，μ介子，与物质的相互作用很小，它能在被阻止之前穿过数米厚的致密物质。因此，μ介子室——***用来探测μ介子的跟踪装置——通常构成微粒检测仪的最外层。

　　量热计

　　量热计测量粒子通过时所损失的能量。它通常被设计成完全停止或“吸收”来自碰撞的大部分粒子，迫使它们将所有能量都存入微粒检测仪。量热计通常由“被动”或“吸收”高密度材料（例如铅）和“活性”介质层（如固体铅玻璃或液态氩）交织而成。

　　电磁量热计测量电子和光子与物质中带电粒子相互作用时的能量。强子量热计测量强子（包含夸克的粒子，如质子和中子）与原子核相互作用时的能量。量热计可以阻止除μ子和中微子以外的大多数已知粒子。

　　粒子识别微粒检测仪

　　一旦一个粒子通过了跟踪装置和量热计，物理学家有两种进一步缩小其特性的方法。这两种方法都是通过检测带电粒子发出的辐射来工作的。

　　当一个带电粒子比光速通过一个给定的介质时，它发出的切伦科夫辐射的角度取决于它的速度。从这个角度可以计算出粒子的速度。然后，速度可以与粒子动量的测量相结合来确定它的质量，从而确定它的特性。

　　当一个快速带电粒子穿过两个对电流具有不同电阻的绝缘体之间的边界时，它会发出跃迁辐射。这种现象与粒子的能量有关，因此可以区分不同的粒子类型。

　　通过对微粒检测仪不同部位的所有这些线索进行整理，物理学家们建立了一个碰撞发生时微粒检测仪内物质的快照。下一步是在碰撞中寻找不寻常的粒子，或者不符合当前理论的结果。