Um detector Cherenkov é um detector de partículas, que se baseia na detecção da radiação Cherenkov (luz visível ou fótons UV). Em contraste com um contador de cintilação, a produção de luz é instantânea. Os detectores de cintiladores típicos têm um tempo de decaimento medido em microssegundos, enquanto a radiação Cherenkov é quase instantânea e, com equipamentos de processamento de pulso rápido, pode ser medido em picossegundos. Os contadores Cherenkov são utilizados principalmente para a identificação de partículas , ou seja, para a determinação de massas de partículas. Os contadores de Cherenkov contêm dois elementos principais:
- um radiador através do qual a partícula carregada passa,
- um fotodetector (por exemplo, um tubo fotomultiplicador – PMT ).
A radiação Cherenkov, produzida no radiador, é radiação eletromagnética emitida quando uma partícula carregada (como um elétron) se move através de um meio dielétrico mais rápido que a velocidade da fase da luz nesse meio . Partículas que excedem a velocidade da fase da luz resultam em polarização ao longo do eixo do movimento, criando um campo dipolo. Quando esse campo entra em colapso, um pulso eletromagnético (radiação Cherenkov) é emitido na direção direta. É semelhante à onda de proa produzida por um barco que viaja mais rápido que a velocidade das ondas de água. A radiação Cherenkov ocorre apenas se a velocidade da partícula for superior à velocidade da fase da luz no material. Mesmo com altas energias, a energia perdidapor Cherenkov, a radiação é muito menor que a dos outros mecanismos (colisões, bremsstrahlung). É nomeado após o físico soviético Pavel Alekseyevich Cherenkov , que dividiu o Prêmio Nobel de Física em 1958 com Ilya Frank e Igor Tamm pela descoberta da radiação de Cherenkov, feita em 1934.
A radiação de Cherenkov é comumente produzida em materiais dielétricos através de elétrons de Compton ou elétrons de produção de pares e pósitrons. A intensidade da luz produzida por esse processo é muito menor que a da luminescência (a base para a operação do detector de cintilação), exigindo equipamentos de detecção de fótons ópticos mais sensíveis, como tubos fotocomplicadores com pouca luz (PMT). Os contadores de Cherenkov podem ser classificados como tipos de imagem ou de limiar , dependendo de utilizarem ou não informações de ângulo de Cherenkov (θ). No caso simples de um detector de limiara energia limiar dependente da massa permite a discriminação entre uma partícula mais leve (que irradia) e uma partícula mais pesada (que não irradia) da mesma energia ou momento. Os contadores de imagens podem ser usados para rastrear partículas e identificá-las. Embora os dispositivos que usam radiação Cherenkov sejam freqüentemente considerados detectores de identificação por partículas (PID), na prática, eles são amplamente utilizados em uma variedade muito maior de aplicações; Incluindo:
- contadores de partículas rápidos
- identificação de partículas hadrônicas
- detectores de rastreamento realizando reconstrução completa de eventos.
Tipos de detectores Cherenkov – Exemplos
- RICO. Os detectores práticos de Cherenkov de imagens em anel de várias faixas (chamados contadores RICH) são um desenvolvimento mais recente. Em um detector RICH, um cone de luz Cherenkov é produzido quando uma partícula carregada de alta velocidade atravessa um meio adequado, geralmente chamado radiador. Esse cone de luz é detectado em um detector de fóton planar sensível à posição, que permite reconstruir um anel ou disco, cujo raio é uma medida do ângulo de emissão de Cherenkov. Por exemplo, o experimento LHCb no Large Hadron Collider usa dois detectores RICH para diferenciar pions e kaons.
- Super-Kamiokande. O Super-Kamiokande é um observatório subterrâneo de neutrinos, que utiliza grandes contadores de água de Cherenkov para detectar neutrinos de alta energia para procurar decaimento de prótons, estudar neutrinos solares e atmosféricos e acompanhar as supernovas na Galáxia da Via Láctea. Consiste em um tanque cilíndrico de aço inoxidável com cerca de 40 m de altura e diâmetro, contendo 50.000 toneladas de água ultrapura. Montados em uma superestrutura interna, existem cerca de 13.000 tubos fotomultiplicadores que detectam a luz da radiação Cherenkov.
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