244 Capitolo 17 I rivelatori di particelle

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segnale in corrente così prodotto viene successivamente analizzato dall’elettronica di acquisizione. Fig. 17.22 schema di un rivelatore a scintillazione e relativo fotomoltiplicatore accoppiato Diversi materiali hanno proprietà scintillanti. Noi qui descriveremo solo i più importanti tra di essi, distinguendoli in scintillatori organici e scintillatori inorganici. Esiste inoltre un meccanismo di produzione della luce basato sull’effetto Cherenkov, da cui prendono il nome gli omonimi contatori 17.15 Contatore Cherenkov. Una particella carica veloce, che si muove in un mezzo con una velocità superiore a quella della luce in quel mezzo origina una radiazione elettromagnetica direzionale ad un angolo ben definito che dipende dal β della particella e dall’indice di rifrazione del mezzo. La particella carica che si muove attraverso il dielettrico interagisce elettromagneticamente con gli atomi del mezzo più vicini che si comportano come dipoli ed irraggiano nel campo della luce visibile. In generale queste onde interferiscono distruttivamente tra di loro, sicché non si riscontra emissione di luce a distanza. Se però la velocità della particella è maggiore di quella della luce (e quindi della propagazione delle onde elettromagnetiche) nel mezzo le onde possono essere in fase tra di loro come mostrato in figura 17.23 e dare luogo ad un fenomeno coerente che si traduce nella formazione di un’onda luminosa direzionale. AB = βc∆τ AC = c/n ∆τ = AB cosϑ , dove n è l’indice di rifrazione del mezzo. AC c∆τ 1 cos ϑ = = = AB n β c∆τ n β Poiché cosϑ ≤ 1 si ricava che deve essere β ≥ 1/n I contatori Cherenkov producono luce solo per particelle con β ≥ 1/n e funzionano egregiamente per esempio per distinguere, a parità di energia cinetica, protoni, pioni ed elettroni. Nella tabella 17.1 sono riportate le caratteristiche di alcuni materiali usati come rivelatori Cherenkov. 263
C A ϑ B Fig. 17.23 meccanismo coerente di produzione di luce Cherenkov Tab. 17.1 caratteristiche di alcuni rivelatori Cherenkov Misurando l’angolo della luce Cherenkov si può risalire al β della particella e se la sua energia o la sua quantità di moto possono essere simultaneamente misurate se ne ricava la massa. I rivelatori RICH, Ring Image Cherenkov, funzionano come descritto molto schematicamente in figura 17.24. La luce Cherenkov prodotta dalle particelle viene raccolta da una matrice di fotomoltiplicatori (in realtà attraverso un complicato sistema di specchi) ed è quindi possibile misurare l’angolo ϑ ed identificare il tipo di particelle. Fig. 17.24 principio di funzionamento di un rivelatore RICH 264
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