Worldlex Wiki En physique des particules expérimentale et appliquée , en physique nucléaire et en génie nucléaire , un détecteur de particules , également appelé détecteur de rayonnement , est un appareil utilisé pour détecter, suivre et/ou identifier les particules ionisantes , telles que celles produites par la désintégration nucléaire , le rayonnement cosmique ou les réactions dans un accélérateur de particules . Les détecteurs peuvent mesurer l'énergie des particules et d'autres attributs tels que l'impulsion, le spin, la charge, le type de particule, en plus de simplement enregistrer la présence de la particule.
Exemples et types
La plupart des détecteurs inventés et utilisés jusqu'à présent sont des détecteurs à ionisation (dont les plus typiques sont les détecteurs à ionisation gazeuse et les détecteurs à semi-conducteurs ) et des détecteurs à scintillation ; mais d'autres principes complètement différents ont également été appliqués, comme la lumière de Čerenkov et le rayonnement de transition.
Exemples historiques
- Chambre à bulles
- Chambre à brouillard de Wilson (chambre de diffusion)
- Plaque photographique ( émulsion nucléaire )
- Détecteurs pour la radioprotection
Les types de détecteurs de particules suivants sont largement utilisés pour la radioprotection et sont produits commercialement en grandes quantités pour une utilisation générale dans les domaines nucléaire, médical et environnemental.
- Dosimètre
- Électroscope (lorsqu'il est utilisé comme dosimètre portable)
- Détecteur d'ionisation gazeuse
- Compteur à scintillation
- Détecteur à semi-conducteur
Détecteurs couramment utilisés pour la physique des particules et la physique nucléaire
- Détecteur d'ionisation gazeuse
- Détecteurs à semi-conducteurs :
- Détecteur à semi-conducteurs et variantes, y compris CCD
- Détecteur de vertex au silicium
- Détecteur de traces nucléaires à l'état solide
- Détecteur Tcherenkov
- Compteur à scintillation et photomultiplicateur , photodiode ou photodiode à avalanche associés
- Détecteur de rayonnement de transition
- Détecteur à semi-conducteurs et variantes, y compris CCD
- Calorimètre
- Détecteur de plaques à microcanaux
- Détecteur de neutrons
Détecteurs modernes
Les détecteurs modernes en physique des particules combinent plusieurs des éléments ci-dessus en couches, un peu comme un oignon .
Détecteurs de particules de recherche
Les détecteurs conçus pour les accélérateurs modernes sont énormes, tant en taille qu'en coût. Le terme compteur est souvent utilisé à la place de détecteur lorsque le détecteur compte les particules mais ne résout pas leur énergie ou leur ionisation. Les détecteurs de particules peuvent également généralement détecter les rayonnements ionisants ( photons de haute énergie ou même la lumière visible ). Si leur objectif principal est la mesure du rayonnement, ils sont appelés détecteurs de rayonnement , mais comme les photons sont également des particules (sans masse), le terme détecteur de particules est toujours correct.
Chez les collisionneurs
- Au CERN
- Au Fermilab
- Chez DESY
- Chez BNL
- Au SLAC
- pour le PeP-II
- pour le SLC
- SLD
- À Cornell
- Au BINP
- Autres
En cours de construction
- Pour le collisionneur linéaire international (ILC)
- CALICE (Calorimètre pour expérience de collisionneur linéaire)
Sans collisionneurs
- Réseau de détecteurs de muons et de neutrinos de l'Antarctique (AMANDA)
- Recherche de matière noire cryogénique (CDMS)
- Super Kamiokande
- XÉNON
À bord d'un vaisseau spatial
- Spectromètre magnétique alpha (AMS)
- DAMPE (Explorateur de particules de matière DArk)
- Télescope spatial à rayons gamma Fermi
- JEDI (Instrument de détection de particules énergétiques Jupiter)
Modèles théoriques des détecteurs de particules
Au-delà de leurs implémentations expérimentales, les modèles théoriques de détecteurs de particules sont également d'une grande importance pour la physique théorique. Ces modèles considèrent des systèmes quantiques non relativistes localisés couplés à un champ quantique. Ils reçoivent le nom de détecteurs de particules car lorsque le système quantique non relativiste est mesuré dans un état excité, on peut prétendre avoir détecté une particule. La première occurrence de modèles de détecteurs de particules dans la littérature date des années 80, où une particule dans une boîte a été introduite par WG Unruh afin de sonder un champ quantique autour d'un trou noir. Peu de temps après, Bryce DeWitt a proposé une simplification du modèle, donnant naissance au modèle de détecteur Unruh-DeWitt.
Au-delà de leurs applications à la physique théorique, les modèles de détecteurs de particules sont liés à des domaines expérimentaux tels que l'optique quantique , où les atomes peuvent être utilisés comme détecteurs du champ électromagnétique quantique via l'interaction lumière-matière. D'un point de vue conceptuel, les détecteurs de particules permettent également de définir formellement le concept de particules sans s'appuyer sur des états asymptotiques, ou des représentations d'une théorie quantique des champs. Comme le dit M. Scully , d'un point de vue opérationnel, on peut affirmer qu'« une particule est ce qu'un détecteur de particules détecte », ce qui définit en substance une particule comme la détection d'excitations d'un champ quantique.