高能物理的實(shí)驗(yàn)技術(shù)

高能物理的實(shí)驗(yàn)技術(shù)作者：卡卡西內(nèi)容概括粒子與物質(zhì)的相互作用帶電粒子和物質(zhì)的相互作用光子和物質(zhì)的相互作用強(qiáng)子和物質(zhì)的強(qiáng)相互作用中微子和物質(zhì)的相互作用中微子探測(cè)器本課件主要借鑒了汪曉蓮等編教材《粒子探測(cè)技術(shù)》、耿聰、PDG、IHEP、CERN講座等材料2凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024粒子與物質(zhì)的相互作用

3凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024帶電粒子和物質(zhì)的相互作用非彈性碰撞（導(dǎo)致帶電粒子能量損失）帶電粒子與核外電子：原子的電離和激發(fā)（重要）帶電粒子與原子核：韌致輻射（高能粒子）、電子對(duì)產(chǎn)生、光核作用彈性碰撞（損失能量較?。щ娏Ｗ优c核外電子（可忽略）帶電粒子與原子核（盧瑟福散射）：多次庫(kù)倫散射切倫科夫輻射，穿越輻射（損失能量小）4凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024粒子相互作用電離對(duì)產(chǎn)生康普頓散射5凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024電離與激發(fā)

6凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024電離和激發(fā)能量損失

7凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024

8凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024貝特-布洛赫（Bethe-Bloch）公式

9凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024問(wèn)題：1GeV的muon能穿過(guò)1m的鐵嗎？10凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024射程

11凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024電離能量損失的分布

實(shí)際能損與最概然能損之間的偏差

12凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024“能量損失”小結(jié)

13凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校202414凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024多次庫(kù)倫散射

15凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024輻射能量損失韌致輻射（bremsstrahlung）：當(dāng)入射帶電粒子受介質(zhì)原子核庫(kù)倫場(chǎng)作用，其運(yùn)動(dòng)速度大小或者方向發(fā)生改變，會(huì)發(fā)出電磁輻射。電子對(duì)直接產(chǎn)生：入射粒子與介質(zhì)原子核作用，通過(guò)虛光子生產(chǎn)正負(fù)電子對(duì)。（只在高能區(qū)顯著）光核作用：入射光子與介質(zhì)原子核通過(guò)交換虛光子發(fā)生非彈性散射，原子核被激發(fā)。（貢獻(xiàn)很?。?6凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024韌致輻射能量損失

17凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024輻射長(zhǎng)度

18凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024臨界能量

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凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024切倫科夫輻射

20凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024切倫科夫輻射光

21凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024穿越輻射

22凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024總能損23

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024光子和物質(zhì)的相互作用光子是中性粒子，不能通過(guò)電離和激發(fā)原子而連續(xù)損失能量光子與物質(zhì)的相互作用主要有三種：光電效應(yīng)康普頓散射電子對(duì)產(chǎn)生光子通過(guò)以上產(chǎn)生次級(jí)電子，損失全部或部分能量，并轉(zhuǎn)換為次級(jí)電子的能量24凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024光電效應(yīng)

25凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024光電效應(yīng)的截面

26凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024康普頓散射

27凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024康普頓散射截面

28凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024電子對(duì)產(chǎn)生

29凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024電子對(duì)產(chǎn)生截面

30凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024光子與物質(zhì)相互作用總截面31

低能光子+原子序數(shù)高：光電效應(yīng)中能光子+原子序數(shù)低：康普頓效應(yīng)高能光+原子序數(shù)高：電子對(duì)效應(yīng)凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024電磁簇射32

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024電磁簇射的特征

33凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024高能繆子

34凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024反應(yīng)截面（crosssection）

35凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024強(qiáng)子與物質(zhì)的強(qiáng)相互作用

36凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024粒子探測(cè)37凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024CMS探測(cè)器38凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中子與物質(zhì)的相互作用

39凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中子的分類(lèi)

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校202440核反沖法

41凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024核反應(yīng)法

42凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中子核反應(yīng)截面凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校202443核裂變法

44凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024核活化法

45凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中微子46

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中微子源47E.Vitaglianoetal.,Rev.Mod.Phys.92(2020)045006MeVkeVeVmeV

GeVTeVPeVEeV凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024太陽(yáng)中微子48

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024地球中微子49凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024

大氣和加速器中微子50凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024

反應(yīng)堆中微子51

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024常見(jiàn)的中微子反應(yīng)

52凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中微子反應(yīng)截面(MeV)53

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024

中微子反應(yīng)截面(GeV)54凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中微子反應(yīng)截面55凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中微子事例率估計(jì)56

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中微子探測(cè)器57SNO1萬(wàn)噸重水SuperK5萬(wàn)噸純水JUNO2萬(wàn)噸液閃DUNE4萬(wàn)噸液氬凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024SuperK/HyperK58

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024中微子探測(cè)器的眼睛——光電倍增管（PMT）凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校202459M.Koshiba小柴昌俊大氣中微子振蕩的發(fā)現(xiàn)60凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024高能中微子望遠(yuǎn)鏡61凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024SNO62CCNCESD2O：NaCl：凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024太陽(yáng)中微子的轉(zhuǎn)換63凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024JUNO64

凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024閃爍體65~每100eV能量沉積->1光子淬滅效應(yīng)凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024熒光磷光非輻射單態(tài)三重態(tài)液體閃爍體66凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024熒光磷光非輻射單態(tài)三重態(tài)液閃純化672)Distillationforradiopurity1)Al2O3foropticaltransparency5000m3

LAB

storagetank1800mSSpipestoundergroundMixingLABwithPPOandbis-MSB3)Waterextractiontoremoveradioactiveimpurities4)GasstrippingtoremoveRnandO2OSIRIStomonitortheLSquality凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024JNE

68凌家杰（中山大學(xué)）地球中微子暑期學(xué)校2024切倫科夫光和閃爍光69凌家杰