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実験および応用粒子物理学、原子核物理学、および原子核工学において、粒子検出器は放射線検出器とも呼ばれ、原子核崩壊、宇宙放射線、または粒子加速器の反応によって生成されるイオン化粒子を検出、追跡、および/または識別するために使用される装置です。検出器は、粒子の存在を単に記録するだけでなく、粒子のエネルギーや、運動量、スピン、電荷、粒子の種類などの他の属性を測定することができます。
例と種類
これまでに発明され、使用されている検出器の多くは、イオン化検出器（その中でもガスイオン化検出器と半導体検出器が最も一般的）とシンチレーション検出器ですが、チェレンコフ光や遷移放射線など、他のまったく異なる原理も適用されています。
歴史的な例
- 放射線防護用検出器
以下の種類の粒子検出器は放射線防護に広く使用されており、原子力、医療、環境分野での一般的な使用のために大量に商業生産されています。
素粒子物理学および原子核物理学で一般的に使用される検出器
- 気体イオン化検出器
- 固体検出器:
- 半導体検出器およびCCDを含む変種
- シリコン頂点検出器
- 固体核飛跡検出器
- チェレンコフ検出器
- リングイメージングチェレンコフ検出器(RICH)
- シンチレーションカウンタおよび関連する光電子増倍管、フォトダイオード、またはアバランシェフォトダイオード
- 遷移放射線検出器
- 半導体検出器およびCCDを含む変種
- 熱量計
- マイクロチャネルプレート検出器
- 中性子検出器
現代の検出器
粒子物理学における現代の検出器は、上記の要素のいくつかをタマネギのように層状に組み合わせています。
研究用粒子検出器
現代の加速器用に設計された検出器は、サイズもコストも非常に大きいです。検出器が粒子を数えるものの、そのエネルギーや電離を解析しない場合は、検出器ではなくカウンタという用語がよく使用されます。粒子検出器は通常、電離放射線（高エネルギー光子や可視光）を追跡することもできます。主な目的が放射線測定である場合は放射線検出器と呼ばれますが、光子も（質量のない）粒子であるため、粒子検出器という用語が依然として正しいです。
衝突型加速器
工事中
コライダーなし
- 南極ミューオン・ニュートリノ検出器アレイ(AMANDA)
- 極低温暗黒物質探索(CDMS)
- スーパーカミオカンデ
- キセノン
宇宙船で
- アルファ磁気分光計(AMS)
- DAMPE (暗黒物質粒子探査機)
- フェルミガンマ線宇宙望遠鏡
- JEDI（木星高エネルギー粒子検出器）
粒子検出器の理論モデル
実験的実装を超えて、粒子検出器の理論モデルも理論物理学にとって非常に重要です。これらのモデルは、量子場と結合した局所的な非相対論的量子系を考慮します。[1]非相対論的量子系が励起状態で測定された場合、粒子を検出したと主張できるため、これらは粒子検出器と呼ばれます。[2] [3] 文献における粒子検出器モデルの最初の例は 80 年代にさかのぼり、WG Unruhがブラックホールの周りの量子場を調べるために箱に入った粒子を導入しました。[2]その後まもなく、Bryce DeWitt がモデルの簡略化を提案し、[4] Unruh-DeWitt 検出器モデルが生まれました。
粒子検出器モデルは理論物理学への応用を超えて、量子光学などの実験分野に関連しており、そこでは原子を光物質相互作用を介して量子電磁場の検出器として使用することができます。概念的な側面から見ると、粒子検出器は漸近状態や量子場理論の表現に頼ることなく、粒子の概念を正式に定義することを可能にします。M . Scullyが述べているように、操作の観点からは「粒子とは粒子検出器が検出するもの」であると言えます[5]。これは本質的に、粒子を量子場の励起の検出として定義しています。
参照
参考文献
- ^ マルティン・マルティネス、エドゥアルド;モンテロ、ミゲル。デル・レイ、マルコ (2013-03-25)。 「Unruh-DeWitt モデルによる波パケット検出」。物理的レビュー D . 87 (6): 064038.arXiv : 1207.3248。ビブコード:2013PhRvD..87f4038M。土井：10.1103/PhysRevD.87.064038。S2CID 19334396。
- ^ ab Unruh, WG (1976-08-15). 「ブラックホール蒸発に関する注記」. Physical Review D. 14 ( 4): 870–892. Bibcode :1976PhRvD..14..870U. doi :10.1103/PhysRevD.14.870.
- ^ Unruh, William G.; Wald, Robert M. (1984-03-15). 「加速する観測者がリンドラー粒子を検出すると何が起こるか」. Physical Review D. 29 ( 6): 1047–1056. Bibcode :1984PhRvD..29.1047U. doi :10.1103/PhysRevD.29.1047.
- ^ Irvine, JM (1980年5月). 「一般相対性理論 - アインシュタイン生誕100周年記念調査」. Physics Bulletin . 31 (4): 140. doi :10.1088/0031-9112/31/4/029. ISSN 0031-9112.
- ^ Scully, Marlan O. (2009)、Muga, Gonzalo、Ruschhaupt, Andreas、del Campo, Adolfo (編)、「時間依存シュレディンガー方程式の再考: シュレディンガーの波動方程式への量子光学的および古典的マクスウェル経路」、Time in Quantum Mechanics - Vol. 2、Lecture Notes in Physics、vol. 789、ベルリン、ハイデルベルク: Springer、pp. 15–24、doi :10.1007/978-3-642-03174-8_2、ISBN 978-3-642-03174-8、 2022-08-19取得
- Jones, R. Clark (1949)。「放射線検出器の新しい分類システム」。アメリカ光学会誌。39 (5): 327–341。Bibcode :1949JOSA...39..327J。doi : 10.1364 /JOSA.39.000327。PMID 18131432 。
- ジョーンズ、R .クラーク (1949)。「訂正: 放射線検出器の最高感度」。アメリカ光学会誌。39 (5): 343。Bibcode : 1949JOSA...39..343J。doi :10.1364 / JOSA.39.000343。
- Jones, R. Clark (1949)。 「放射線検出器のメリット要因」。アメリカ光学会誌。39 (5): 344–356。Bibcode :1949JOSA...39..344J。doi : 10.1364/JOSA.39.000344。PMID 18144695 。
さらに読む
- フィルムストリップ
- 「放射線検出器」。HM ストーン プロダクション、シュロート。ニューヨーク州タリータウン、プレンティス ホール メディア、1972 年。
- 一般情報
- Grupen, C. (1999 年 6 月 28 日 – 7 月 10 日)。「粒子検出の物理学」。AIP会議議事録、素粒子物理学の計測、VIII 。第 536 巻。イスタンブール: ドルドレヒト、D . Reidel Publishing Co.、pp. 3–34。arXiv : physics /9906063。doi :10.1063/1.1361756。