追跡（素粒子物理学）

粒子物理学において、追跡とは、トラッカーと呼ばれる粒子検出器で電荷を帯びた粒子の軌跡（またはトラック）を再構成するプロセスです。このようなトラッカーに入った粒子は、適切に構成された部品や材料との相互作用により、デバイスを通過した正確な記録を残します。トラッカーの全体または一部に較正された磁場が存在すると、粒子の既知の（または想定される）電荷に対する軌道の再構成された局所曲率から、荷電粒子の局所運動量を直接決定できます。

一般的に、飛跡再構成は2段階に分かれています。まず、同じ飛跡から発生したと考えられる検出器ヒットのクラスターをグループ化する飛跡検出を実行する必要があります。次に、飛跡フィッティングを実行します。飛跡フィッティングは、見つかったヒットに数学的に曲線を当てはめる手順であり、このフィッティングから運動量が得られます。^[1]

最新のトラッカーのデジタル出力から軌道を識別し再構築することは、最も単純なケースでは、磁場や吸収/散乱物質がない場合、直線セグメントのフィッティングによって達成できます。磁場の存在下で運動量を決定するための単純ならせんモデルは、それほど単純ではないケースでは十分であり、最も複雑なケースでは、完全な（例えば）カルマンフィルタープロセスによって、完全な軌道全体にわたって詳細に再構築されたローカルモデルを提供できます。^[2]

この軌道と運動量の再構成により、エネルギーや粒子タイプなどの粒子のその他の重要な特性を測定する他の検出器（カロリメータ、チェレンコフ検出器）への投影が可能になります。これらの再構成された荷電粒子は、 Bタグ付け（ CDFやLHCなどの実験）で実行できるように、「見えない」中性粒子から発生するものを含む二次崩壊を識別および再構成したり、イベントを完全に再構成したりするために使用できます（ ATLAS、BaBar、Belle、CMSなど、現在の多くの粒子物理学実験で実行されているように）。

素粒子物理学では、追跡に多くの装置が使用されてきた。これらには、霧箱（1920–1950）、 原子核乾板（1937–）、泡箱（1952–）^{[3] 、} スパーク箱（1954- ）、多線比例箱（1968–）、ドリフト箱（1971–）^{[4] 、}時間投影箱（1974–）などがある。半導体と現代のフォトリソグラフィーの出現により、シリコントラッカー（1980–）とも呼ばれるソリッドステートトラッカー^[5]が、コンパクトで高精度、高速読み出しの追跡を必要とする実験で使用されるようになった。たとえば、LHCのような衝突型加速器の主な相互作用点の近くで行われる。^{[6] [7]}