Кейс: в детекторе частиц видны изогнутые дорожки в магните, причём одна дорожка кажется прерывающейся — какие процессы взаимодействия частицы с детекторной средой могут объяснить прерывание и изменение кривизны
Коротко — возможные процессы и как они влияют на дорожку: - Ионизационные потери энергии (сложное «dE/dx»): постепенное уменьшение импульса даёт увеличение кривизны. Связь радиуса кривизны с поперечным импульсом: R=pTqB \;R=\dfrac{p_T}{qB}\;R=qBpT (или кривизна κ=1/R=qBpT\kappa=1/R=\dfrac{qB}{p_T}κ=1/R=pTqB). - Брэмсштраhlung (для электронов/позитронов): излучение фотона может отнять значительную долю энергии мгновенно — резкое изменение кривизны или видимый «разрыв» (падает ionization, затем меньший радиус). - Множественное кулоновское рассеяние (multiple scattering): серия малых отклонений даёт плавное флуктуационное изменение направления; RMS-угол по Хайленду: θ0=13.6 MeVβcp zxX0(1+0.038lnxX0)\displaystyle \theta_0=\frac{13.6\ \mathrm{MeV}}{\beta cp}\,z\sqrt{\frac{x}{X_0}}\left(1+0.038\ln\frac{x}{X_0}\right)θ0=βcp13.6MeVzX0x(1+0.038lnX0x). При редком крупном столкновении — видимый «кик» (kink). - Единичное крупное упругое рассеяние (hard scattering): резкий угол отклонения и изменение кривизны в точке. - Ядерные (inelastic) взаимодействия и поглощение (для адронов): частичное или полное разрушение, генерация вторичных зарядов — исходный трек может прерваться и появиться ломаная/несколько вторичных треков. В том числе реакция с обменом заряда (charge exchange) — исчезновение заряженной частицы. - Распад в полёте (decay in flight): родительская частица исчезает, появляются вторичные треки с другими кривизнами; при невидимых нейтрино — видимое прерывание. - Излучение/конверсия фотона и образование пар (pair production): фотон от брэмсштраhlung может конвертировать в e+e−e^+e^-e+e−, давая дополнительные треки и визуальное изменение топологии. - Дельта-электроны (knock-on): вторичные электроны выглядят как ответвления от основной дорожки, могут создавать видимость разрыва/изменения. - Электромагнитные/адронные каскады (shower): высокоэнергетический e/γ/адрон может начать лавину, из-за чего первичный трек «теряется» в шаре вторичных частиц. Кратко о диагностике: резкий однократный «разрыв/кик» — скорее брэмсштраhlung (для e±), единичное крупное рассеяние или распад; плавное усиление кривизны — непрерывная потеря энергии; внезапная остановка — поглощение/ядерное взаимодействие или выход за пределы детектора.
- Ионизационные потери энергии (сложное «dE/dx»): постепенное уменьшение импульса даёт увеличение кривизны. Связь радиуса кривизны с поперечным импульсом: R=pTqB \;R=\dfrac{p_T}{qB}\;R=qBpT (или кривизна κ=1/R=qBpT\kappa=1/R=\dfrac{qB}{p_T}κ=1/R=pT qB ).
- Брэмсштраhlung (для электронов/позитронов): излучение фотона может отнять значительную долю энергии мгновенно — резкое изменение кривизны или видимый «разрыв» (падает ionization, затем меньший радиус).
- Множественное кулоновское рассеяние (multiple scattering): серия малых отклонений даёт плавное флуктуационное изменение направления; RMS-угол по Хайленду: θ0=13.6 MeVβcp zxX0(1+0.038lnxX0)\displaystyle \theta_0=\frac{13.6\ \mathrm{MeV}}{\beta cp}\,z\sqrt{\frac{x}{X_0}}\left(1+0.038\ln\frac{x}{X_0}\right)θ0 =βcp13.6 MeV zX0 x (1+0.038lnX0 x ). При редком крупном столкновении — видимый «кик» (kink).
- Единичное крупное упругое рассеяние (hard scattering): резкий угол отклонения и изменение кривизны в точке.
- Ядерные (inelastic) взаимодействия и поглощение (для адронов): частичное или полное разрушение, генерация вторичных зарядов — исходный трек может прерваться и появиться ломаная/несколько вторичных треков. В том числе реакция с обменом заряда (charge exchange) — исчезновение заряженной частицы.
- Распад в полёте (decay in flight): родительская частица исчезает, появляются вторичные треки с другими кривизнами; при невидимых нейтрино — видимое прерывание.
- Излучение/конверсия фотона и образование пар (pair production): фотон от брэмсштраhlung может конвертировать в e+e−e^+e^-e+e−, давая дополнительные треки и визуальное изменение топологии.
- Дельта-электроны (knock-on): вторичные электроны выглядят как ответвления от основной дорожки, могут создавать видимость разрыва/изменения.
- Электромагнитные/адронные каскады (shower): высокоэнергетический e/γ/адрон может начать лавину, из-за чего первичный трек «теряется» в шаре вторичных частиц.
Кратко о диагностике: резкий однократный «разрыв/кик» — скорее брэмсштраhlung (для e±), единичное крупное рассеяние или распад; плавное усиление кривизны — непрерывная потеря энергии; внезапная остановка — поглощение/ядерное взаимодействие или выход за пределы детектора.