¿Cómo podemos detectar partículas que no tienen carga eléctrica?

Hay 3 partículas neutras que son estables en la escala de tiempo de los eventos del colisionador:$\gamma$,$n$,$\nu$/$\bar{\nu}$.

(Anti) neutrinos (principalmente de mesón, muón y$Z$decae) ​​no pueden ser detectados y escapan. En eventos como:

$$X \rightarrow \mu + \nu_{\mu}$$

el neutrino se puede inferir del momento (transversal) faltante. en un$pp$colisión en la que interactúan dos partones, el momento longitudinal del estado inicial no se conoce, pero el momento transversal es cero. Se detectará un muón con un gran momento transversal, dejando un "momento faltante" que se atribuye al neutrino.

Los neutrones básicamente no son un factor en los colisionadores. Los experimentos específicos de física nuclear de energía media analizan los neutrones en estado final, generalmente con una sensibilidad a la polarización de neutrones. Consulte http://galileo.phys.virginia.edu/Research/groups/INPP/gen/ndet/ndethome.html , por ejemplo.

La detección de fotones es una parte importante de los experimentos con colisionadores, ya que muchos procesos de interés producen$\gamma$'s. Por esta razón, las capas exteriores de los detectores tienen calorímetros de vidrio emplomado. Los fotones neutros atravesarán el material del detector de Z inferior e interactuarán con el plomo en el$Pb$-vidrio a través de la producción de pares en el fuerte campo eléctrico cerca del núcleo:

$$\gamma \rightarrow e^+e^-$$

seguido de Bremsstrahlung:

$$e \rightarrow e\gamma$$

y así sucesivamente en una ducha electromagnética. La pérdida de energía se produce a través de$dE/dx$ionización que es aproximadamente constante a través de energías observables. Por lo tanto: la longitud total de la pista de partículas cargadas es proporcional a$E_{\gamma}$.

Dado que el plomo es de vidrio transparente, el$e^{\pm}$Emiten luz Cherenkov. La cantidad total de luz emitida es proporcional a la longitud de la pista y, por lo tanto:$E_{\gamma}$.

Mientras tanto, los muones con su mayor masa no inician lluvias. Atraviesan el calorímetro y pueden detectarse con paletas de centelleo en su salida.

Los aceleradores de partículas buscan cambios eléctricos, pero ¿y si la partícula no tiene efecto sobre otras partículas o una carga eléctrica, no lo detectaríamos?

Los efectos se llaman interacciones, hay cuatro fuerzas de interacción. Podemos ignorar la gravedad a nivel de partículas, pero existe la electromagnética, la débil y la fuerte, cada una descrita con su propia fuerza . La probabilidad de que una partícula que golpea a otra interactúe depende de la fuerza de los acoplamientos.

Tome el LHC, cuando los protones golpean a los protones, se crea una gran cantidad de partículas con la energía suministrada por el colisionador, principalmente debido a la fuerte interacción, las partículas del producto pueden estar cargadas o neutrales, pero todas tienen energía. Los enormes detectores están diseñados para obtener con interacciones continuas el tipo de partículas.

Solo las partículas neutras interactúan solo con la interacción débil que puede pasar a través del sistema de detección sin medir, y son "detectadas" por consideraciones de conservación de energía y momento. Los neutrinos están en esta categoría, pero también las búsquedas de nueva física pueden estar considerando la falta de energía y el impulso como una señal de algo nuevo.

Tome el detector cms:

La figura del hombre da una sensación de tamaño, y la complejidad es evidente. Es por eso que se necesitan miles de personas de todo el mundo para construir, mantener y analizar tales experimentos. En el enlace se analiza cómo se detectan las partículas. El documento Higgs CMS fue escrito por más de 5000 personas .

Aquí se puede ver una lista de eventos reales medidos con el detector.

En esta respuesta mía a una pregunta relacionada, discuto cómo funcionan los detectores en los experimentos actuales del LHC. También aquí .