Śledzenie (fizyka cząstek elementarnych)

W fizyce cząstek elementarnych śledzenie jest procesem rekonstrukcji trajektorii (lub toru ) elektrycznie naładowanych cząstek w detektorze cząstek zwanym trackerem . Cząsteczki wchodzące do takiego trackera pozostawiają dokładny zapis swojego przejścia przez urządzenie poprzez interakcję z odpowiednio skonstruowanymi komponentami i materiałami. Obecność skalibrowanego pola magnetycznego , w całości lub w części trackera, umożliwia bezpośrednie wyznaczenie lokalnego pędu naładowanej cząstki na podstawie zrekonstruowanej lokalnej krzywizny trajektorii dla znanego (lub zakładanego) ładunku elektrycznego cząstki.

Generalnie przebudowę toru dzieli się na dwa etapy. Po pierwsze, należy przeprowadzić wyszukiwanie śladów, w którym grupa trafień detektora, które prawdopodobnie pochodzą z tego samego śladu, jest zgrupowana razem. Po drugie, wykonywane jest dopasowanie toru. Dopasowanie toru to procedura matematycznego dopasowania krzywej do znalezionych trafień iz tego dopasowania uzyskuje się pęd.

Identyfikację i rekonstrukcję trajektorii z cyfrowych danych wyjściowych nowoczesnego trackera można, w najprostszych przypadkach, przy braku pola magnetycznego i materiału pochłaniającego/rozpraszającego, osiągnąć za pomocą prostoliniowych dopasowań segmentów. Prosty model helikalny, do określenia pędu w obecności pola magnetycznego, może być wystarczający w mniej prostych przypadkach, aż do pełnego (np.) procesu filtru Kalmana , aby zapewnić szczegółowy, zrekonstruowany lokalny model całej ścieżki w najbardziej złożonych sprawy.

Ta rekonstrukcja trajektorii i pędu umożliwia projekcję do/przez inne detektory, które mierzą inne ważne właściwości cząstki, takie jak energia lub typ cząstki ( kalorymetr , detektor Czerenkowa ). Te zrekonstruowane naładowane cząstki mogą być użyte do identyfikacji i rekonstrukcji rozpadów wtórnych , w tym powstałych z „niewidzialnych” cząstek neutralnych, jak to można zrobić dla znakowania B (w eksperymentach takich jak CDF lub w LHC ) oraz do pełnej rekonstrukcji zdarzeń (jak w wiele aktualnych eksperymentów fizyki cząstek elementarnych, takich jak ATLAS , BaBar , Belle i CMS ).

W fizyce cząstek elementarnych było wiele urządzeń służących do śledzenia. Należą do nich komory chmurowe (1920–1950), jądrowe płyty emulsyjne (1937–), komory bąbelkowe (1952–), komory iskrowe (1954–), wielodrutowe komory proporcjonalne (1968–) i komory dryfowe (1971–), w tym czas komory projekcyjne (1974–). Wraz z pojawieniem się półprzewodników oraz nowoczesnej fotolitografii , trackery półprzewodnikowe, zwane także trackerami krzemowymi (1980–), są używane w eksperymentach wymagających zwartego, bardzo precyzyjnego śledzenia z szybkim odczytem; na przykład blisko głównego punktu interakcji w akceleratorze takim jak LHC .