Wie unterscheidet man hochenergetische Myonen und Elektronen in den Myonendetektoren CMS und ATLAS?

Bei einer typischen Energie von etwa 100 GeV hat ein Myon einen Lorentzfaktor von etwa 1000, ein Elektron etwa 200.000. Die Flugzeit zum Detektor sollte ungefähr 30 ns betragen (unter der Annahme, dass d = 10 m vom Kollisionspunkt entfernt ist). Während e- praktisch die Geschwindigkeit c haben würde, beträgt die Geschwindigkeit des Myons etwa 0,9999995 c, was eine Verzögerung von etwa 15 fs verursacht, was meiner Meinung nach kaum messbar ist. Gibt es eine Möglichkeit, e- von mu zu unterscheiden, es sei denn, wir setzen Vorkenntnisse voraus (dass sie das elektrische Kalorimeter bestanden haben, über die Durchschlagskraft usw.). Oder anders formuliert: Ab welcher Energieschwelle können sie direkt unterschieden werden?

Ihr Verhalten im Kalorimeter ist , wie sie unterschieden werden, weil (wie Sie bemerkt haben) alle ultrarelativistischen Teilchen die gleiche Zeit oder den gleichen Flug haben. Bei ausreichend hoher Energie kann es einfach schwieriger sein, sie zu unterscheiden.

Antworten (1)

Das Elektron und das Myon haben die gleiche Ladung, aber das Myon ist 200-mal schwerer als das Elektron. Die von allen geladenen Teilchen bei Wechselwirkungen mit elektrischen oder magnetischen Feldern emittierte Bremsstrahlung hängt von der Masse des Teilchens ab:

In den untersuchten Grenzfällen beträgt die Gesamtstrahlung mindestens m^- 4

was erklärt, warum Elektronen viel schneller Energie an Bremsstrahlung verlieren als schwerer geladene Teilchen (z. B. Myonen, Protonen, Alpha-Teilchen)

Dies wird ausgenutzt, indem elektromagnetische Kalorimeter konstruiert werden, die die gesamte Energie der Elektronen absorbieren, während Myonen mit demselben Impuls mit minimalen Ionisationsverlusten hindurchgehen, und auch die hadronischen Kalorimeter ohne Wechselwirkung passieren, da sie nur elektromagnetische und schwache Wechselwirkungen haben.

In diesem CMS -Detektorschnitt sieht man, wie die Kalorimeter arbeiten.

cms-Scheibe

Man kann sehen, wie das Myon durch diese ganze Masse von Detektoren geht, während die Elektronen in das elektromagnetische Kalorimeter strömen und eingeschlossen werden.

Wie unterscheidet man hochenergetische Myonen und Elektronen in den Myonendetektoren CMS und ATLAS?
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