detectors in particle physics claus gößling (dortmund) and...
TRANSCRIPT
![Page 1: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/1.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 1WS2009/10
Luftschauer
![Page 2: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/2.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 2WS2009/10
Luftschauernachweis
![Page 3: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/3.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 3WS2009/10
Luftschauer
![Page 4: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/4.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 4WS2009/10
Atmospheric depth and interaction lengthatmospheric depth:
interaction length:
first interaction:
![Page 5: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/5.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5WS2009/10
Passage of particles through matter (PDG review)
![Page 6: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/6.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 6WS2009/10
6. ATOMIC AND NUCLEAR PROPERTIES OF MATERIALS
![Page 7: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/7.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 7WS2009/10
Bethe-Bloch-Formula
![Page 8: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/8.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 8WS2009/10
dE/dx Characteristics
minimal ionising
Fermi plateau
![Page 9: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/9.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 9WS2009/10
Teilchenidentifikation (dE/dx)
![Page 10: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/10.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 10WS2009/10
-Elektronen
P P′
pe ′
pe
![Page 11: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/11.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 11WS2009/10
Statistische Fluktuationen (Landau-Verteilung)
max
~T
E
klein stark asymmetrisch
groß symmetrisch, Gauß
![Page 12: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/12.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 12WS2009/10
Statistical Fluctuations of dE/dx
![Page 13: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/13.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 13WS2009/10
Bremsstrahlung
2
0
~ 1 Zx
![Page 14: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/14.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 14WS2009/10
Strahlungslängen und kritische Energien
critical energy
Kritische Energie definiert durch: Ek ~ 1/Z
![Page 15: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/15.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 15WS2009/10
Energieverlust von Myonen
![Page 16: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/16.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 16WS2009/10
Energieverlust und Reichweite von Myonen
![Page 17: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/17.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 17WS2009/10
Photoabsorption
Photoeffekt
Compton-Effekt
Paarproduktion
photoeffect
Compton effect
Skala wird durch Thomson-WQ gesetzt(Niederenergie
e- e-):
![Page 18: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/18.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 18WS2009/10
Photon-Absorptionslänge
![Page 19: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/19.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 19WS2009/10
Compton-Effekt
![Page 20: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/20.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 20WS2009/10
Paarproduktion
Schwelle:
Bei hohen Energien:
![Page 21: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/21.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 21WS2009/10
Photon-Absorptionskoeffizient
![Page 22: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/22.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 22WS2009/10
EM und Had. Schauer
![Page 23: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/23.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 23WS2009/10
Hadronische WW
Material Z x0 [mm] Ek [MeV] A ¸ a [mm] ¸ a=x0
H2O 1, 8 361 92 18 836 2.3Be 4 353 116 9 407 1.2C 6 188 84 12 381 2.0Al 13 89 43 27 394 4.4Fe 26 17.6 22 56 168 9.5Cu 29 14.3 20 64 151 10.6W 74 3.5 8.1 183 96 27.4Pb 82 5.6 7.3 207 171 30.5U 92 3.2 6.5 238 105 32.8
![Page 24: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/24.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 24WS2009/10
Pion-Zerfall vs. Wechselwirkung
cmpc
e.m. Komponente
Myon. Komponente
IAII N
An
1
(1 GeV: Zerfallslänge ~ 55 m)
![Page 25: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/25.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 25WS2009/10
Luftschauer-Detektor
![Page 26: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/26.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 26WS2009/10
Modell für eine em. Kaskade
![Page 27: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/27.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 27WS2009/10
SchauerentwicklungMoliere Radius:
Longo-Formel:
![Page 28: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/28.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 28WS2009/10
Cherenkov Radiation
cm/s' sin500dxdN
:nm 700400for
sin2
1/cos
2
22
C
C
C
dxddN
ntvtnc
![Page 29: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/29.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 29WS2009/10
Refractive Indices and Cherenkov Thresholds
n
n
n
n
C
C
C
C
1cos 1
)1cos 1(
1for 1cos
1cos
threshold
largest angle
![Page 30: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/30.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 30WS2009/10
Air Showers from HE
Rays
camera in action
• HESS Telescopes in Namibia
![Page 31: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/31.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 31WS2009/10
Ring Imaging in Water Tanks
![Page 32: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/32.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 32WS2009/10
WechelwirkungDetektor
Neutrino
Neutrino-Nachweis
Myon
![Page 33: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/33.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 33WS2009/10
+ N + X high energy
above C-threshold in ice
AMANDA / IceCube
![Page 34: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/34.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 34WS2009/10
Übergangsstrahlung (TR)
![Page 35: Detectors in Particle Physics Claus Gößling (Dortmund) and ...kolanosk/astro0910/skripte/astro03_2_TW.pdf · Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 5 Passage](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022041211/5dd0bec6d6be591ccb627d2d/html5/thumbnails/35.jpg)
Hermann Kolanoski, Astroteilchenphysik - 3.Kosm.Strahlung (II) 35WS2009/10
Teilchenidentifikation: Methoden
pm • Geladene Teilchen: Messe Impuls und Geschwindigkeit
- Laufzeitmessung- dE/dx-Messung- Cerenkov-Strahlung- Übergangsstrahlung
• Kinematische Rekonstruktion der Masse
• Elektronen, Photonen: elmag. Schauer
• Myonen: Durchdringungsfähigkeit
• Hadronen: Hadronische Schauer
• Lebensdauermessung bei instabilen Teilchen (schwere Quarks, Leptonen, …)