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ATLAS at Anywhere (旧 ATLAS at Osaka)

粒子と物質との相互作用

今日は4年生とのゼミの日でした。

何度か書いているようにLeoの教科書を読んでいます。今は第2章、粒子と物質との相互作用をやっています。検出器を理解するための大切な基礎で、一番重要なとこではないかと思います。粒子を検出するには、粒子が検出器を構成する物質と相互作用し、その相互作用によって電気信号や光(あるいは温度上昇=稀な検出器)を発生してくれないとなりません。私たちはその電気信号や光を感知することで、何らかの粒子が検出器を通過したことを知るわけです。

なので、まずは粒子が物質と相互作用してくれないことには粒子を検出できません。逆に、検出器を作る、あるいは粒子を検出するという観点に立つと、粒子と物質との相互作用を理解していないとなりません。ということで、粒子と物質の相互作用は、検出器の教科書の一番大切な基礎となります。

相互作用というのは、何度も書いていますが、電磁気力、弱い相互作用、強い相互作用、そして重力です。重力は弱過ぎるので素粒子の世界では無視しますが、検出器という観点からは弱い相互作用もかなり弱くて(本当は弱い相互作用自体が弱いのではなく、現象として弱く見えるだけなのですが、この点についてはまた後日説明しようと思います)、弱い相互作用しかしないニュートリノを検出するのが困難だという話をちょっと前に書いた記憶があります。

そんなわけで、検出器の観点から粒子を分類しようとすると、電磁相互作用をする粒子(=電荷を持ってる粒子ですね。電子とか陽子とか。)と、しない粒子(光子や中性子など)、強い相互作用をする粒子(陽子や中性子などのハドロン)と、しない粒子(電子やミューオンなど)、と分類することで2x2=4種類に大別できます。さらに、電磁相互作用をする粒子の中で質量が重いか軽いかによっても分けます。これは電磁シャワーという電磁相互作用の雪崩現象を起こすかどうか(軽い粒子は電磁シャワーを作りやすい)が、検出器にとって重要な概念だからです。

とまあ、ゴチャゴチャ書きましたが、粒子を性質別に分類して、各々の相互作用の性質を4年生と一緒に勉強しています。



素粒子物理を物理屋でない人に説明しようとした足跡


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