Icon up Overzicht

Detectie

Onderwerp: Kern- & Deeltjesprocessen (vwo), Kernfysica, Quantumwereld

Detectie van een muon gaat altijd door middel van de opgewekte Cerenkovstraling. Het muon beweegt sneller dan de lichtsnelheid (in water!) en dat veroorzaakt een soort schokgolf die je kunt vergelijken met de schokgolf die ontstaat bij een vliegtuig dat harder gaat dan de geluidssnelheid.

Schokgolf

Detectie van een muon gaat altijd door middel van de opgewekte Cerenkovstraling. Het muon beweegt sneller dan de lichtsnelheid (in water!) en dat veroorzaakt een soort schokgolf die je kunt vergelijken met de schokgolf die ontstaat bij een vliegtuig dat harder gaat dan de geluidssnelheid.

De watermoleculen worden dan gepolariseerd, ze worden netjes gericht langs de baan van het inkomende muon. Nadat het muon gepasseerd is, gaan de watermoleculen weer willekeurig door elkaar staan en daarbij raken ze de energie die opgenomen was van het muon weer kwijt in de vorm van blauw licht. Bij deze hoge snelheid versterken alle lichtpulsjes elkaar en ontstaat de karakteristiek blauwe Cerenkovstraling.

Als het muon niet snel genoeg gaat, minder dan de lichtsnelheid, ontstaan de blauwe lichtflitsjes ook, maar doven ze elkaar uit door interferentie.

Er ontstaat een kegelvormig lichtfront met in de punt van de kegel het muon. De detectoren meten wanneer dat front voorbij komt en geven dan een elektrisch signaal af. Omdat de snelheid van het muon zo hoog is moeten de PMT's wel heel snel kunnen reageren: de snelheid van het muon is groter dan 2 x 108 m/s!

De lichtkegel van een binnenkomend muon.

In de volgende animatie zie je de reactie van de detectoren op een binnenkomend muon. Na een voorbewerking in de elektronica die vlak bij de PMT's gemonteerd is, gaat het signaal als infrarood straling ( golflengte 1500 nm) via de glasvezel naar het koppelstation. De software van het datafilter zoekt dan razendsnel naar correlaties in de gegevens en de reconstructiesoftware kan daarna uit de tijdverschillen tussen de signalen, de blokjes, en de bekende positie van de PMT's berekenen wat de baan van het muon was, dat gebeurt dan wel op 0,5 nanoseconden nauwkeurig! Daarna zijn ook de gegevens van het oorspronkelijke neutrino te berekenen.

In deze animatie zie je het spoor van een muon dat Cerenkovstraling in het zeewater veroorzaakt. De blokjes stellen de reactie van een PMT voor. credit: Aart Heijboer, Nikhef Amsterdam

Wil je alles weten over onderzoek naar neutrino's. Lees dan verder in Diepzeetelescoop kijkt naar neutrino's uit heelal.