Wie können Detektoren in Teilchenbeschleunigern Neutronen von Antineutronen unterscheiden?

Detektoren an Teilchenbeschleunigern sind wie Zwiebeln um den Kollisionsscheitel geschichtet.

Der CMS-Detektor am CERN

Erstens gibt es für geladene Teilchen empfindliche Detektoren, bei denen geladene Teilchen aufgrund von Ionisation Spuren hinterlassen, aber die Massendichte gering ist, so dass starke Wechselwirkungen nicht oft auftreten; ihr Impuls kann durch die Krümmung im angelegten Magnetfeld gemessen werden.

Dann gibt es elektromagnetische Kalorimeter, bei denen Photonen ihre Energie abgeben und geladene Teilchen sich als Spuren fortsetzen.

Dann kommen die hadronischen Kalorimeter mit viel Masse, damit stark wechselwirkende Teilchen, Hadronen, Protonen Neutronen Antiprotonen Antineutronen ihre Energie abgeben. Protonen haben aufgrund ihrer Ladung einen kontinuierlichen Weg bis zum hadronischen Kalorimeter. Antiprotonen haben eine negative Ladung. Neutronen werden Energie ohne vorherige Spuren hinterlassen. Antineutronen werden auch ohne Spur Energie abgeben, außer dass der Schauer aufgrund der Vernichtung mit Materie energiereicher ist.

Bei LHC-Energien wird der Unterschied in der Multiplizität aufgrund der Vernichtung für Antineutronen nicht unterscheidbar sein. Bei niedrigen Energien haben Antineutronen Schauer mit höherer Multiplizität.

Im Allgemeinen kann in Collidern die Existenz von Antineutronen durch Ladungserhaltung und Baryonenzahlen bei Ereignissen mit geringer Multiplizität erraten werden.

Das Experiment, das die strengste Grenze zwischen Neutronen und Anti-Neutronen-Oszillationen gemessen hat (dh Neutronen erzeugen, sie einige Zeit fliegen lassen und dann nach Anti-Neutronen suchen), hat eine 130 Mikrometer dicke Kohlefolie mit 110 cm Durchmesser verwendet . Dieses Ziel hatte eine Wahrscheinlichkeit von mehr als 99 %, dass Anti-Neutronen wechselwirkten (und somit Sekundärteilchen erzeugten) und eine hohe Transparenz für Neutronen.

Dieses Target war von einem Tracking-Detektor (zur Messung des Impulses geladener Teilchen), Szintillatorzählern und einem Kalorimeter (zur Messung der Energie geladener und neutraler Teilchen) umgeben. Diese werden verwendet, um nach den Produkten eines Anti-Neutrons zu suchen , das mit den Protonen oder Neutronen der Kohlenstoffkerne vernichtet (wobei die Neutronen meist nur elastisch streuen würden, dh die Folie ohne Aufbrechen verlassen würden).

Allerdings haben die in diesem Experiment verwendeten Neutronen eine relativ niedrige Energie, durchschnittlich 0,002 Elektronenvolt, was einer Geschwindigkeit von 600 Metern pro Sekunde entspricht.