Download Clase2 - CIEMAT Física de Partículas

Técnicas experimentales de
detección de partículas
Física Experimental de Partículas y Cosmología
Master en Física Teórica – UCM (2013-14)
Dra. Mary-Cruz Fouz
CIEMAT
Dpt Investigación Básica
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Índice



Introducción
Procesos de interacción de las partículas con la materia
Detectores de Ionización






Detectores gaseosos
Detectores de estado sólido
Detectores de centelleo
Detectores de fotones
Calorimetría
PID – Identificación de partículas




TOF
dE/dX
Detectores Cherenkov
TRD
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Técnicas experimentales
Detectores de Ionización
Detectores gaseosos – continuación
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MICROMEGAS – MICROMEsh GASeous Structure
Consiste de:
- Una región de deriva (~1kV/cm) de pocos mm
- Una zona estrecha (25 -150 mm) de multiplicación
(50-70 kV/cm) localizada entre una red metálica
delgada (micromesh) y el electrodo de lectura
Como la zona de multiplicación es muy estrecha
permite resoluciones espaciales de tan solo 12 mm
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Técnicas experimentales
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Drift Tubes (DT)
La partícula incidente ioniza el gas.
Los electrones liberados se mueven hacia el ánodo
(derivan) debido al campo eléctrico aplicado.
En las inmediaciones del ánodo el campo es muy
intenso y se produce una avalancha
Se mide el tiempo de llegada de las señales con
respecto a la señal de disparo t0 que generalmente
se proporciona por otro detector.
Esto nos permite calcular la posición de paso de la
partícula incidente
x   vD (t )dt
x
ánodo
Región E bajo
deriva
Región E alto
 amplificación
VD=Velocidad de deriva (~50 micras/ns)
Una ventaja es que se reduce el número de canales de lectura (respecto a MWPC o CSC)
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Técnicas experimentales
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Drift Tubes (DT)
x   vD (t )dt
Se necesita calibrar con precisión:
t0 y vD
Calibración T0
Se determina mirando
la distribución de
tiempos en el detector.
DT CMS
Geometría
rectangular
DT ATLAS
Geometría
cilíndrica
Se necesita acumular
una cierta estadística
La resolución (50-200 mm) depende de:
La difusión en el gas (sobre todo en el caso de largas distancias de deriva)
La emisión de rayos d que pueden falsear la medida
La homogeneidad de la velocidad de deriva en el volumen del gas
 Diseño
 Voltaje aplicado
 Mezcla de gases
 Presencia de campos magnéticos
Importante la precisión mecánica
Se necesita una buena precisión en el posicionado del hilo sensor: ~50 mm
La sagita del hilo debido a la gravedad debe ser mínima (tensionado del hilo)
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Técnicas experimentales
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Drift Tubes (DT)
Dificultad  Indeterminación Izda-Dcha
No podemos saber a que lado del hilo se
produjo la señal
ATLAS Drift Tubes
Solución  Capas de DT desplazadas
La “segunda” coordenada puede obtenerse:
 A partir de la señal del hilo, midiendo
a) La diferencia del tiempo de llegada de la señal en cada extremo
b) La proporción de carga en cada extremo
 Con un segundo grupo de planos perpendicular al primero
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Técnicas experimentales
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Time Projection Chamber (TPC)
La TPC usa las técnicas de las cámaras de deriva
Es un cilindro de grandes dimensiones (m) relleno de un gas
(a veces un líquido).
Al paso de una partícula se producen e- que
derivan hacia el ánodo.
Á
N
O
D
O
C
Á
T
O
D
(o líquido)O
En el ánodo se coloca un plano detector
que permite reconstruir la traza del
paso de la partícula en 2D
Midiendo el tiempo de llegada de los
electrones de deriva se puede hacer la
reconstrucción en 3D
Los primeros (y más comunes) detectores
usados fueron MWPC usados pero pueden
usarse otros como GEM
Dado su tamaño es necesario que la velocidad de deriva y por tanto
el campo sean muy homogéneos
La difusión puede reducirse con B
Permite medidas precisas de dE/dx
En presencia de un campo magnético permite hacer medidas
del momento de la partícula (a través de su curvatura)
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Técnicas experimentales
Detectores de Ionización
Detectores semiconductores
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Semiconductores
En un átomo aislado los electrones tienen sólo niveles discretos de energía.
En un sólido los niveles atómicos dan lugar a bandas continuas de energía.
Las bandas de energía que están completamente ocupadas por electrones a T=0K se
denominan bandas de valencia
Si T≠0 los electrones pueden excitarse térmicamente y pasar a la banda de conducción si
adquieren energía suficiente para ello. Quedará entonces un hueco en la banda de valencia.
Lo mismo puede ocurrir si una partícula excita el átomo.
Los e- de la banda de valencia están ligados a un átomo, los de la banda de conducción
pertenecen a todo el cristal. Los e de la banda de conducción y los huecos pueden
moverse por el material.
Dependiendo del gap entre
las bandas los materiales
serán
Aislante
Semiconductor
Conductor
Al aumentar T aumenta el
número de e- en la banda de
conducción  aumenta la
conductividad del material
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Técnicas experimentales
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Tabla Periódica
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Técnicas experimentales
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Semiconductores
Los elementos del Grupo IV como el Si y Ge son
semiconductores elementales. Tienen 4 electrones en la última
capa. Esta capa puede completarse formando enlaces
covalentes con otros 4 átomos.
Red de diamante
A T>0 los electrones pueden pasar a la banda de conducción
y moverse.
A su vez los huecos se pueden rellenar por otros electrones lo
que permite que los huecos también se muevan
T=0K
Electrón de
valencia
T> 0K
Electrón
Libre
(En banda
conducción)
Hueco
Un semiconductor que tiene el mismo número de huecos y electrones que pueden moverse
bajo la influencia de un campo eléctrico se llama SEMICONDUCTOR INTRINSECO
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Técnicas experimentales
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Semiconductores - Dopping
Podemos aumentar la conductividad de un semiconductor intrínseco dopándolo
SEMICONDUCTOR EXTRÍNSECO
X= Grupo V (Valencia 5):
As,Pb,Sb (donante)
El exceso de e- crea un
nivel de energía cercano a
la banda de conducción
Exceso de electrones
Semiconductor tipo-n
X= Grupo III (Valencia 3):
B, Al, Ga, In (aceptor)
Exceso de huecos
Semiconductor tipo-p
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Técnicas experimentales
El exceso de huecos crea
un nivel de energía cercano
a la banda de valencia
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Semiconductores -Ionización
p
Cuando una partícula atraviesa un material semiconductor
puede ionizar y producir un par electrón-hueco
Si aplicamos un campo eléctrico podemos recoger la señal
igual que se hacía en los detectores gaseosos
PERO
Si T > 0K tendremos electrones libres que también
se moverán en ese campo eléctrico Ruido.
A temperatura ambiente el número de electrones libres es órdenes de magnitud
superior al número de electrones que puede generar una partícula por ionización
¿Cómo pueden eliminarse los electrones libres?
“Depletion region” en una unión p-n
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Técnicas experimentales
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Semiconductores – Unión p-n
Si ponemos en contacto un semiconductor tipo-p (exceso de huecos) y otro tipo-n (exceso
de electrones)
Debido a las diferencias de concentración de huecos y electrones en ambos materiales:
Los huecos se difundirán a través de la unión hacia
el material tipo-n
Los electrones se difundirán a través de la unión
hacia el material tipo-p
 Esto crea un campo eléctrico que detiene la difusión
t
Depletion region
Se crea una zona “depletion región” sin cargas libres.
Llamada también zona de carga espacial
Esta zona puede usarse como detector
No hay cargas libres que enmascaren la señal
El campo E originado permite la deriva de los electrones producidos por la partícula
incidente que pueden recogerse para producir la señal (pero este campo es débil)
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Técnicas experimentales
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Semiconductores – Unión p-n
Si aplicamos un campo eléctrico externo podemos mejorar
la recolección de carga y aumentar la zona donde puede
detectarse la señal :
a)
b)
Eext
Eext
V
V
- +
Depletion region
Reverse bias
+ -
Polarización inversa
Polarización directa
V+ atraerá los e- del material de tipo n (V- cede ea los huecos del material de tipo p) aumentando
la zona sin cargas libres (“depletion zone”)
 Mayor zona de detección
El ancho (W) de la zona sin cargas libres:
Forward bias
Disminuye la zona sin cargas
libres (“depletion zone”)
e= Cte dielétrica
V = Voltaje externo aplicado
Vbi = Voltaje creado por la unión p-n ( típicamente ~0.5V)
N = Densidad del dopante
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Técnicas experimentales
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Semiconductores- Unión p-n
Corriente vs Voltaje
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Técnicas experimentales
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Diodo p-i-n
Un diodo p-i-n consiste de una región de
semiconductor intrínseco entre dos zonas
altamente dopadas p+ y n+, donde se aplica un
voltaje con polarización inversa (reverse bias).
La zona de carga espacial está prácticamente
definida por la región del material intrínseco
V
- +
En la práctica no se necesita que el material será verdaderamente intrínseco, basta con
que tenga una alta resistividad (ligeramente dopado de tipo p o n)
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Técnicas experimentales
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Detectores de Silicio
Los detectores de silicio son diodos p-n
operando con polarización inversa
Las partículas cruzando la zona sin cargas
libres producirán electrones que se moverán
en el campo eléctrico y producirán una señal
como ocurría en los detectores gaseosos
p
Debido a la alta densidad del silicio
(especialmente si lo comparamos con un gas) y a
su baja energía de ionización (WI = 3.6 eV) bastan
100-300 mm para poder tener una señal.
(dE/dx)Silicio = 3.87 MeV /cm  3.2 104 pares e-h en 300mm ~106 pares/mm
En los detectores gaseosos por ionización se producen tan solo ~100 pares e-ion por cm
 Se necesita trabajar en modo avalancha para tener señales mayores
Pero solo será posible trabajar en la zona sin cargas libres puesto que el silicio a 300K
tiene 4.35 108 pares e-h en 300mm en un área 1x1 cm2
Al igual que en los detectores gaseosos los electrones
 Derivan (los huecos tienen vd similar a e-, no
como los iones en el gas)
 Se difunden (~8mm en 300mm de deriva)
Se ven afectados por 𝑩
Del mismo modo que con los detectores gaseosos necesitamos
un circuito y electrónica externa para leer las señales
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Técnicas experimentales
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MSD – Microstrip Silicon detectors
Podemos segmentar un electrodo en bandas (“strips”)
para poder tener medidas precisas de la posición de paso
de la partícula incidente en 1D
(SiO2  aislante)
Los pares e-h+ derivaran hacia los electrodos y su
movimiento creará una señal en las bandas.
Dependiendo de la posición y ángulo de la partícula
producirá señales en más o menos bandas
Voltaje operación <200 V
Espesor ~300mm
Distancia entre bandas 20-150mm
Campo eléctrico en el
interior del detector
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Técnicas experimentales
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MSD – Medida de la posición
Dependiendo de la posición y ángulo de la partícula producirá señales en más o menos
bandas. La precisión a partir de la posición de una sola banda:
𝑑
𝜎𝑥 =
12
Midiendo la cantidad de carga recogida en cada banda podemos medir la
posición de la partícula incidente calculando el centro de gravedad
Si la carga se reparte entre varias
bandas mejora la precisión de la
medida a pocas micras
Residuo = X medida – X partícula
Al igual que en los detectores
gaseoso algunos efectos empeoran
la resolución como:
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Técnicas experimentales
Emisión de rayos – d
Difusión
Campo magnético
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Double Sided Silicon Detectors (DSSD)
Para hacer una medida en 2D podemos añadir otro detector con las bandas en la otra
dirección Demasiado material al paso de la partícula que puede afectar a medidas
de física en un experimento real (necesitamos varias capas de detectores en cada
dirección para poder reconstruir la trayectoria)
Solución: DSSD
Usar bandas en ambos lados, n y p
Presenta problemas para aislar las bandas del lado n y resulta más complicado de construir
(La unión Si-SiO2 tiene una carga positiva, se pueden acumular electrones y hacer que las
bandas se interconecten, se necesitan por ejemplo bandas de material p (p-stops) intercaladas
con las bandas-n)
Otro problema es la alta combinatoria cuando
tenemos muchas partículas incidiendo a la vez
(como en el LHC)
n2 combinaciones  n2-n falsas
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Técnicas experimentales
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Detectores de pixel
Una opción que permite información 2D
sin las ambigüedades del DSSD es usar
“pads”
Su mayor problema es el gran número de canales lo que dificulta la electrónica de lectura
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Técnicas experimentales
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Detectores de pixel híbridos
Electrónica de lectura con la misma
geometría que el detector
El tamaño mínimo del pixel limitado por la
electrónica (30-100 mm)
Interconectados por “bump bonding” que permite la
conexión eléctrica entre el detector y la electrónica
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Técnicas experimentales
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Detectores de silico 3D
Los implantes p-n no están en las superficies del detector como
en los sensores planos sino que van a través del detector.
 Pixel altamente segmentado
Permite desacoplar el espesor del substrato y la distancia entre
electrodos porque la zona de carga espacial se desarrolla lateralmente.
Los electrodos pueden estar más cerca que en
un sensor plano
 Menor voltaje (<10-20 V)
Importante en entornos de alta radiación porque esta
requiere aumentar el voltaje para mantener la misma zona de
carga espacial
 Mayor rapidez de recolección de señal
Permite trabajar con mayores flujos de partículas
Electrodos introducen espacios muertos
Diferentes diseños
Sensor plano
Sensor 3D
@ CNM - Barcelona
Chip
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Avalanche PhotoDiodes APDs
Si en un diodo pn o pin operando con un V en
polarización inversa (reverse bias)
aumentamos V suficientemente, el campo E
generado puede acelerar los e- producidos por
la partícula incidente con una energía suficiente
para crear nuevos pares e-h+.
Si es suficientemente alto se produce una
avalancha, como veíamos en los detectores
gaseosos.
𝐺 = ⅇ𝛼𝑛 𝑑
𝛼𝑛 depende de E y T
El detector puede operar en modo:
 Proporcional
 Modo Geiger (G-APD)
Un inconveniente es que al aumentar el V también aumenta el nivel de ruido
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Técnicas experimentales
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Avalanche PhotoDiodes APDs
Generalmente se usa un material con bajo dopaje,
como en las uniones p-i-n, y se añade una capa
extra de tipo p entre i y n+.
La amplificación se produce principalmente en la
unión p-n+ donde hay un alto E.
Las zonas altamente dopadas n+ y p+ tienen baja
resistencia y por tanto poca caída de potencial
Los electrones producidos por la partícula incidente
derivan en la zona de bajo dopaje y se multiplican
en la zona p-n+ generando una avalancha
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Técnicas experimentales
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Silicon PhotoMultipliers SiPM
SiPM es una matriz de pixels APD (~1000
pixels/mm2) leídos en paralelo, cada uno 20-100mm,
operando en modo Geiger (G~105-107).
1x1mm2
Pixel: 50x50mm2
La señal en cada pixel es independiente del número
de fotones incidentes, al tener pixeles pequeños
podremos reducir la probabilidad de tener varios fotones
en el mismo.
Debido al alto V los propios e- del material pueden dar lugar a avalanchas, habrá corriente
dentro del propio detector (corriente oscura) incluso sin que incidan partículas (~105 Hz/mm2)
(En experimentos con un sistema de disparo externo pueden suprimirse)
1 fotón
Sumando las señales de todos los pixeles
podemos contar el número de fotones que han
atravesado el detector
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Técnicas experimentales
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CCD - Charge –coupled device
Basadas en semiconductores MOS (Metal-OxidoSemiconductor)
La capa metálica superior está segmentada
Permite formar pozos de potencial usando voltajes
alternos apropiados.
La carga que se produce en el detector queda
“atrapada” en el pozo de potencial durante el tiempo
de “exposición” acumulándose carga a medida que
llegan los fotones y que posteriormente se “transferirá”
2013/14
Técnicas experimentales
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CCD - Charge –coupled device
Las CCD están formadas por una matriz
de pixeles MOS
Cada celda de la matriz almacena carga
durante el tiempo de “exposición” que
luego se transfiere durante el tiempo de
“lectura” a un amplificador externo y de
ahí la señal analógica a un convertidor
ADC
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Técnicas experimentales
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CCD - Charge –coupled device
Cada 3 electrodos están conectados a una misma línea de voltaje
Variando esos voltajes se cambian los pozos de potencial (como
un sistema de compuertas) y se pueden pasar la carga acumulada de
un pixel a otro y de ahí a un registro externo que los transfiere a la
electrónica de lectura.
Los CCD necesitan pocos canales de lectura pero un tiempo de
lectura largo
time
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Técnicas experimentales
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CCD - Charge –coupled device
Si queremos color en las imágenes se
utilizan filtros para detectar los 3 colores
RGB en distintos pixeles y a partir de la
interpolación de la señal en cada uno
podemos obtener imágenes en color.
En las cámaras de fotos se usan 4 pixeles
1Rojo, 1 Azul, 2 Verdes para simular el
comportamiento del ojo humano más sensible al
verde
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Técnicas experimentales
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CMOS – Complementary metal oxide semiconductor
Los CMOS se diferencia de las
CCD en que cada pixel tiene
su propio conversor de carga
a voltaje (en la CCD era
compartido para toda la matriz)
que está integrado con el
sensor CMOS de forma
análoga a los píxeles híbridos
Se podrían leer pixeles de
forma independiente
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Técnicas experimentales
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Detectores semiconductores - “Zoo”
2013/14
Técnicas experimentales
Detectores de Centelleo
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Centelleadores
Las partículas incidentes pueden excitar átomos o moléculas en el medio
En algunos casos los estados excitados pueden decaer emitiendo luz
En muchos casos la luz que se emite es reabsorbida en el mismo material pero en
otros casos no
Existen diferentes materiales que pueden producir luz al paso de una partícula.
En general podemos clasificarlos en varias categorías, en cada una la luz se produce
por un mecanismo diferente.
Centelleadores orgánicos (p.ej plásticos)
Centelleadores inorgánicos (p.ej cristales)
Gases/Liquidos nobles (Ar líquido, Xe líquido… )
2013/14
Técnicas Experimentales
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Centelleadores orgánicos
En centelleadores orgánicos la emisión de luz de centelleo es debida a transiciones en
moléculas individuales, es una propiedad molecular
 Puede ocurrir en estado sólido, líquido y
gaseosos, o embebidos dentro de otro
material
La luz de centello surge a partir de los
electrones en los orbitales p de la molécula
Los estados electrónicos
 estados singletes (Spin 0)
 estados tripletes (Spin 1)
Cada uno de ellos se subdivide en varios
estados rotacionales
En el estado fundamental la mayoría de las
moléculas están en estado singlete S00
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Técnicas Experimentales
~3-4 V
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Centelleadores orgánicos
Cuando una partícula cargada atraviesa el material parte de su energía puede ser absorbida
excitando un electrón a un estado S superior
El átomo se des-excita rápidamente al estado
S10 sin emitir radiación (la energía se convierte en
modos vibracionales)
Al tener T1 un nivel de energía menor, la longitud
de onda de fosforescencia es mayor que por
fluorescencia
Algunas moléculas en el estado T1 se pueden excitar térmicamente al estado S10
que al decaer al S0X producirá fluorescencia retrasada.
2013/14
Técnicas Experimentales
Phosphorescence
Estos estados pueden posteriormente des-excitarse
a un estado S0X emitiendo luz (fosforescencia).
Esta emisión de luz está retrasada (emisión 10-6 s
vs 10-8 s)
Absortion
Puede también ocurrir que el estado singlete S1
decaiga al estado triplete T1 con mayor tiempo de
vida media.
Fluorescence
Y a continuación de des-excita al estado S0X
emitiendo luz (fluorescencia)
Centelleadores orgánicos
Si el centelleador está formado por varios componentes la energía puede transferirse
de unas moléculas a otras antes de que ocurre la des-excitación
Podemos mejorar las prestaciones de un material disolviendo una pequeña concentración
de un material centelleador de mayor eficiencia (al que se denomina “flúor”), la energía
del primero se puede transmitir a las moléculas del segundo por procesos radiactivos o no
radiactivos y estas emitirán luz.
La molécula solvente X se excita a un nivel S y se des-excita a S1X
2013/14
Técnicas Experimentales
Absortion
El nuevo material emitirá en una
longitud de onda mayor por lo que
no podrá ser reabsorbido por el
primero
Fluorescence
b) Emite luz que posteriormente
absorbe el “flúor”
El flúor se des-excita re-emitiéndola
“Flúor” Y
Solvente X
Fluorescence
A continuación puede:
a) Transferir energía, sin radiar, a la
molécula de “flúor” (FRET- Forster
(Fluorescence) Resonance Energy
Transfer) que se excita a S1Y
y se des-excita emitiendo luz.
Absortion
39
40
Centelleadores orgánicos
Las ventajas de utilización de un soluto centelleador
 Puede permitir aumentar la cantidad de luz emitida.
El “fluor” tiene una mayor emisión de fotones
Además emitirá en una longitud de onda mayor por lo que no podrá ser reabsorbido
por el primero
 Podemos añadir un tercer material que funcione como WLS (Wave Length Shifter).
Este material absorbe la luz emitida por el primero y la re-emite con una longitud de
onda diferente
Esto permite adaptar la longitud de onda al rango de detección del detector de
fotones que se use para leer la señal del centelleador
Cristales orgánicos:
Antraceno, Naftaleno
Líquidos orgánicos:
Solvente: Xileno, Tolueno, Benzeno
Soluto: PBD, PPO (2,5-diphenyloxazole), p-terfenilo
Plásticos:
Solvente: PVT (poliviniltolueno), poliestireno (PS)
Soluto: PBD, p-terfenilo , PBO
Soluto WLS: POPOP
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Técnicas Experimentales
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Centelleadores inorgánicos
En materiales inorgánicos las transiciones entre niveles de energía
están determinados por la red cristalina del material. No es un proceso
molecular
En un aislante tenemos bandas discretas de
energía, y el gap entre la banda de valencia y de
conducción es demasiado grande.
La emisión de fotones es ineficiente. Además
cuando se excita un electrón, al volver a la banda de
valencia tiene demasiada energía para emitir en el
rango visible
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Técnicas Experimentales
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Centelleadores inorgánicos
Para aumentar la probabilidad de emisión de
luz visible en se pueden añadir impurezas al
material (Activadores) que en determinados
lugares de la red del cristal modifican la
estructura de bandas normal.
Crean estados de energía dentro de la banda
prohibida y la des-excitación a través de ellos
permitirá la producción de luz visible
Estas zonas de des-excitación se
denominan centros de
luminiscencia
En algunos casos el e- puede crear un estado excitado que no puede volver al estado
fundamental directamente, pero puede ser excitado térmicamente y emitir más tarde
 Fosforescencia
El electrón puede ser también capturado por el activador y el estado final no volver al
fundamenteal emitiendo luz  Quenching
Algunos materiales presentan ellos mismos variaciones en la red del cristal que actúan como
activadores.
2013/14
Técnicas Experimentales
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Propiedades de algunos centelleadores cristales inorgánicos
2013/14
Técnicas Experimentales
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Gas nobles (estado gaseoso y líquido) -Ar, Xe, Kr
Al paso de una partícula los átomos pueden ionizarse o excitarse
Los estados excitados pueden combinarse con un átomo en
estado fundamental y formar un excímero
𝑿∗ + 𝑿 → 𝑿∗𝟐
Estos excímeros se des-excitarán produciendo dos átomos independientes en estado
fundamental produciendo luz ( en el UV) por el proceso análogo al explicado para los
centelleadores orgánicos.
Si el proceso es a través de un estado singlete la emisión de luz ocurrirá rápidamente
(~6ns en Ar)
Si proviene de un estado triplete se producirá en ms
La luz producida no es suficiente para excitar el átomo por lo que no puede ser reabsorbida
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Técnicas Experimentales
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Quenching en centelleadores
El “quenching” es un proceso que des-excita el centelleador sin producir fluorescencia.
El material excitado puede transferir la energía a moléculas de oxígeno u otras impurezas
reduciéndose por tanto la emisión de luz. Competirá con las moléculas de “fluor” del cristal
orgánico y con los centros activadores de los cristales inorgánicos.
En un líquido orgánico bastan una baja concentración de tan solo ppm de oxigeno para
reducir la emisión de luz.
Existe también la posibilidad de que el electrón pueda ser también capturado por el propio
activador y el estado final no volver al fundamental emitiendo luz
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Técnicas Experimentales
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Centelleadores orgánicos vs inorgánicos
Inorgánicos
Orgánicos
Señal más baja
Rápidos (<ns)
Baja densidad
No dependen de T (entre -20 y 60C)
Más baratos
Más fáciles de fabricar
en distinto tamaño y forma
Señal alta
Más lentos (hasta ms)
Alta densidad
Dependen de T
Más caros
Más difíciles de fabricar
(crecimiento cristal)
Los inorgánicos son los usados más en calorímetros debido a su alta densidad.
Son lentos pero producen mucha luz y por tanto mejor resolución en energía
𝑷𝒃𝑾𝑶𝟒
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Técnicas Experimentales
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Producción de la señal en un detector de centelleo
Una vez que se ha producido la luz en el detector
necesitamos transformarla en una señal medible.
Para ello necesitamos un detector de fotones
(como los SiPM descritos en la parte de
detectores semiconductores)
Además necesitamos algún modo de guiar a los
fotones hasta el detector
Centelleador
Se pueden usar además guías de luz WLS
(Wave Length Shifter) que absorben la luz y la
reemiten en un valor más adecuado al rango de
trabajo del fotodetector
SiPM
detector
Fibras
embebidas
CALICE HCAL Cell
2013/14
Técnicas Experimentales
Guía
de luz
Detector
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Fibras ópticas de plástico centelleadoras
También podríamos optar por usar fibras de
plástico centelleadoras en las cuales se produce
la señal que luego ella misma conduce hasta el
detector de fotones por reflexión
2013/14
Técnicas Experimentales
49
------
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Técnicas experimentales
50
Drift tubes
CMS DT cell
No B
En presencia de un campo magnético la
velocidad de deriva se verá afectada
modificándose la trayectoria de la misma.
𝑩 ⊥ 𝑬 y B paralelo al hilo
𝑣𝑑
𝑣𝑑𝐵 =
1 + 𝜔𝜏
𝝎=−
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Técnicas experimentales
𝒒𝑩
𝒎𝒆
2
Frecuencia de ciclotrón