¿Cómo distinguir muones y electrones de alta energía en los detectores de muones CMS y ATLAS?

A una energía típica de unos 100 GeV, un muón tiene un factor de Lorentz de unos 1000, un electrón de unos 200.000. El tiempo de vuelo hasta el detector debe ser de unos 30 ns (suponiendo que d= 10 m desde el punto de colisión). Mientras que e- tendría prácticamente la velocidad c, la velocidad del muón es de aproximadamente 0,9999995 c, lo que provoca un retraso de unos 15 fs, apenas medible, creo. ¿Hay alguna manera de distinguir e- de mu, a menos que asumamos un conocimiento previo (que hayan pasado el calorímetro eléctrico, sobre el poder de penetración, etc.)? O dicho de otro modo: ¿cuál es el umbral energético por debajo del cual se pueden distinguir directamente?

I su comportamiento en el calorímetro es cómo se distinguen porque (como notó) todas las partículas ultrarrelativistas tienen el mismo tiempo o vuelo. A una energía lo suficientemente alta, puede ser simplemente más difícil distinguirlos.

Respuestas (1)

El electrón y el muón tienen la misma carga, pero el muón es 200 veces más pesado que el electrón. El bremsstrahlung emitido por todas las partículas cargadas en interacciones con campos eléctricos o magnéticos depende de la masa de la partícula:

En los casos límite examinados, la radiación total es de al menos m^- 4

lo que explica por qué los electrones pierden energía por la radiación de bremsstrahlung mucho más rápidamente que las partículas cargadas más pesadas (p. ej., muones, protones, partículas alfa)

Esto se aprovecha construyendo calorímetros electromagnéticos que absorben toda la energía de los electrones mientras los muones del mismo momento pasan con mínimas pérdidas por ionización, y también pasan por los calorímetros hadrónicos sin interactuar, ya que solo tienen interacciones electromagnéticas y débiles.

En este segmento del detector CMS se ve cómo funcionan los calorímetros.

rebanada de cm

Uno puede ver el muón atravesando toda esa masa de detectores, mientras los electrones caen en el calorímetro electromagnético y son contenidos.

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