Parçacık dedektörleri

Abstract

85 ÖZET Ferini boyutunda olan parçacıkları <10~1:3,cm> tanımak 19. yüzyıldan beri fizikçilerin dikkatini çekmiştir. Uzun yıllardan beri çalışılmakta olan bu konuda son yıllarda teknolojinin gelişmesi ile büyük gelişmeler kaydedilmiştir. Parçacıklar yüklü, yüksüz, ağır veya hafif olabilmektedir. Onları tanımak için önemli olan onların maddeyle olan elektromagnetik etkileşmelerini anlamaktır. Fotonlar enerjilerine bağlı olarak üç ayrı şekilde maddeyle etkileşmektedirler (Fotoelektrik ve Compton Olayları ve çift Oluşumu). Ağır, yüklü parçacıklar madde ile etkileşmeleri sonucunda, onun atomik elektronlarını daha yüksek kuantum durumlarına çıkarmaktadırlar yani onu uyarmaktadırlar. Eğer yeterince yüksek enerjide iseler maddenin elektronlarını koparmakta yani onu iyonlaştırmaktadırlar. Hafif, yüklü parçacık olan elektronun ise madde ile etkileşmesi yukarıdaki genel çizgiler içerisinde olmaktadır. Fakat kütlesi çok küçük olduğundan çekirdek ile etkileşerek radyasyon yolu ile büyük çapta enerji kaybeder. Bu olay `Bremsstrahlung` diye adlandırılır. işte bu çeşitli parçacıkları tanımak amacı ile değişik algılama aletleri (dedektörler) yapılmaktadır. Bir kısım dedektörler parçacığın tanınması sırasında, onun değişmesine izin vermemektedir. Bu prensiple çalışan dedektör grubunun algılama yöntemine yıkıcı olmayan algılama yöntemi denilmektedir. Diğer kısım dedektörler ise algılama esnasında parçacığın kimliğini değiştirmektedir. Bu prensiple çalışan dedektör grubunun algılama yöntemine de yıkıcı olan algılama yöntemi denilmektedir. Birçok dedektörlerin çalışma prensibi uzun yıllardan beri bilinmektedir (Gaz dolumlu sayaçlar, kabarcık odaları v.s>. Fakat parçacık fiziğinin ilerlemesi nedeni ile bu dedektörler yeterli olamamaktadırlar, çok yüksek enerjilerde çakışmak gerektiğinden ve yüksüz parçacıkların tanın-86 masındaki güçlükler nedeni ile daha farklı dedektörlere ihtiyaç duyulmaktadır. Cherenkov sayacı buna iyi bir örnektir. Yüksek enerjilerde v>c durumundan yararlanılarak parçacıkların hızının tayini kolayca yapılabilmektedir. Geçiş radyasyonunda ise yayılan ışık şiddeti parçacığın enerjisinin bir fonksiyonu olmaktadır. E = m,, t, V = < 1-/35» >--..`= ( £ = v/c Son yıllarda orantılı odalardan esinlenerek yapılan çTOO ve SO çok sıkça kullanılmaktadır. Yukarıdaki örneklerde verilen tüm dedektörler yıkıcı olmayan algılama yöntemiyle çalışmaktadır. Başlangıçtaki parçacık enerjisinin tamamını ısıya çevirip parçacıkları tanımada kullanılan kalorimetreler ise yıkıcı olan algılama yöntemiyle çalışmaktadır. Bu sayede de yüksüz parçacıkların ve hadronlarm Ckuvvetli etkileşen) algılanması mümkün olmaktadır. çalışmanın son bölümünde ise bir silindirik sürüklenme adacığı yardımıyla pp -* 7C`*`it~ reaksiyonu ince lenmiştir. Hedef olarak sıvı hidrojen Cp> kullanılmış, antiproton huzmesi Cp) ise belli bir momentumla hedef içe risine gönderilmiştir. Olayın kinematiği rölativistik olarak çalışılmıştır. Hedef içerisinde değişik noktalarda yokolmaya uğrayan p/ p yerini tc*, jr-'a bırakmıştır, ir1`, ıt~, `p, p*a oranla daha hafif olduklarından yokolma sonucu oldukça yüksek momentumla saçılmaktadırlar. Saçılma açısı belli bir limitin üzerinde olduğu zaman ît`1`, n~ silindirik sürüklenme nörtoıftı t'isr,«r 1 ndwkl hnlhırn çnrpnrnk iilny.nl nl u*i ttırmakt mi t r. Elde edilen sinyallerin hangi tellerden sağlandığı incelendiğinde, sinyallerin teller üzerinde düzgün olarak dağıldığı gözlenmiştir. Bu çalışma bir bilgisayar programı ile gerçekleştirilmiştir. Program çeşitli değişikliklerle kolayca kullanılabilir. Huzme moment umu değiştirilerek, hedef ve dedektör boyutlar büyültülüp, küçültülerek, odacık üzerindeki tel sayıları arttırılıp, azaltılarak v.s. Yani bu çalışmadan yararlanılarak değişik geometrili sürüklenme odaları yapılabilir.

87 SUMMARY The detection of particles with Fermi <10`13 cm) dimensions have been a challenge to physicists since the 19th century. This field in which work has been going on for long years, has seen spectacular development during the past few years due to the advances in technology. Particlee can be charged or neutral, heavy or light. What is important in their detection is to understand their electromagnetic interaction with matter. Photons interact with matter in three different ways depending on their energy (Photoelectric and Compton effects an pair creation). Heavy, charged particles as a result of their interaction with matter, raise the atomic electrons to higher quantum states, in other words excite them. If they have high enough energy to remove the electrons they cause ionization. Electron^ which is a light, charged particle interact with matter along the same general lines, but since its mass is small, it loses great amounts of energy through radiation, as a result of its interaction with the nuclei. This process is calle `Bremsstrahlung`. Different detectors are constructed with the purpose of detecting all these different particles. Some detectors do not allow the particle to change its identity during the process of detection. The methods used by such detectors are called non-destructive detection methods. There are other kind of detecting method which change the identity of the particle during detection. These are called destructive detection methods. The working principle of many detectors have been known since long years (gas-filled counters, bubble chambers etc.). With the tremendous advances in particle physics in later years the inadequacy of the known techniques have become apparent. The need has arisen for new detectors because of the very high energies reached in high energy experiments and the difficulties of detecting neutral88 particles. Cherenkov counter is a good example of the new types of detectors. At high energies, when >C in a medium, the velocity of the particle can be determined using Cherenkov counters. In the case of transition radiation detectors the intensity of the radiation emitted is a function of the enrgy of the particle. E -m..-.*, *= (1 -3') `., 0^V/C MWPC (multiwire proportional chambers) and DC Cdrift chambers) which are developed forms of proportional chambers are being used extensively. All of the above mentioned detectors are using non destructive detection methods. Calorimeters which convert all of the initial particle energy into heat are using destructive detection techniques. Detection of neutral particles become possible through them. In. the last section of this work Pp-in^ii~ reaction is studied using a cylindirical drift chamber. Liquid hydrogen is used as the target and an antiproton beam with a definite momentum is sent to the target. The kinematcs of the reaction is studied relativistically. The antiprotons which annihilated with protons at different points alan the target produced tc* and tt` 's. Pions being much lighter than p and p came out with rather large momenta. When the scattening angle is above a certain limit the pions went through the cylindirical drift chamber and gave signguals. The distrubition of the signaling wires is uniform. This simulation was done by means of a computer program. Ey making small changes in the program like changing the geometry of the target and beam or the beam momentum one can decided on the optimum design parameters of the experimental setup.