粒子識別

粒子識別は、粒子検出器を通過する粒子が残した情報を使用して粒子の種類を識別するプロセスです。粒子識別はバックグラウンドを低減し、測定分解能を向上させるため、粒子検出器での多くの分析に不可欠です。^{[ 1 ]}

荷電粒子は、さまざまな手法を用いて識別されてきた。いずれの方法も、追跡チャンバー内での運動量の測定と速度の測定を組み合わせることで、荷電粒子の質量、ひいてはその正体を特定するという原理に基づいている。

光子は、検出器の有効体積内にエネルギーを沈着させることができるため、識別されます。このエネルギー沈着は点在的であり、コンプトン散乱、電子対生成、光電効果など、さまざまなメカニズムによって発生します。

電子は内部検出器内で軌跡として現れ、そのエネルギーすべてを電磁カロリメーターに蓄積する。カロリメーターに蓄積されたエネルギーは、トラッキングチャンバーで測定された運動量と一致しなければならない。

ミューオンは他の荷電粒子よりも多くの物質を透過するため、最外側の検出器に存在することで識別できる。

タウ粒子を識別するには、タウ粒子のハドロン崩壊によって生成される細い「ジェット」を、通常のクォークジェットと区別する必要がある。

ニュートリノは粒子検出器内で相互作用しないため、検出されずに逃走します。ニュートリノの存在は、事象における可視粒子の運動量不均衡から推測できます。電子・陽電子衝突型加速器では、ニュートリノの3次元全方向の運動量とエネルギーの両方を再構成できます。ニュートリノエネルギーの再構成には、荷電粒子の正確な識別が必要です。ハドロンを用いる衝突型加速器では、ビーム方向に対して垂直な方向の運動量のみを決定できます。

中性ハドロンは、カロリメーターで検出できる場合がある。特に、反中性子とK⁰L_粒子は検出可能である。中性ハドロンは^、ニュートリノと同様に、電子・陽電子衝突型加速器でも検出できる。

クォークフレーバータグ付けは、ジェットがどのクォークから発生したかを識別する手法です。ボトムクォークを識別するBタグ付けは、最も重要な例です。Bタグ付けは、ハドロン崩壊に関与するクォークの中でボトムクォークが最も重いという前提に基づいています（トップクォークはボトムクォークよりも重いですが、崩壊でトップクォークが発生するためには、より重い粒子を生成し、その後にトップクォークに崩壊させる必要があります）。これは、ボトムクォークの寿命が短く、内側トラッカーでその崩壊頂点を探すことができることを意味します。さらに、その崩壊生成物はビームに対して横方向であるため、ジェットの多重度が高くなります。同様の手法を用いたチャームタグ付けも可能ですが、質量が小さいため非常に困難です。より軽いクォークからのジェットをタグ付けすることは、QCD背景の影響で区別できないジェットが多すぎるため、単純に不可能です。

• スパークチャンバー
• ワイヤーチャンバー