Собственное энергетическое разрешение органических сцинтилляторов
Представьте, что вы пытаетесь измерить вес объекта с помощью весов, которые сами по себе немного «дрожат». Даже если вы устраните все внешние помехи, эта внутренняя дрожь ограничит точность ваших измерений. Точно так же собственное энергетическое разрешение ограничивает точность, с которой физики могут измерять энергию частиц в сцинтилляционных детекторах.
Наличие неучтенного вклада в энергетическое разрешение особенно критично для экспериментов на переднем крае науки, использующих органические сцинтилляторы и требующих высокого энергетического разрешения. К ним относятся, например, исследования свойств нейтрино в масштабном проекте JUNO или поиски двойного безнейтринного бета-распада.
Автор проанализировал лабораторные данные по энергетическому разрешению органических сцинтилляторов, представленные ранее разными исследовательскими группами. В результате анализа надёжно установлено, что даже в идеальном детекторе на основе органического сцинтиллятора существует фундаментальный, неустранимый предел точности измерения энергии частиц. Он связан с так называемым собственным энергетическим разрешением, вызванным статистическими колебаниями в процессе генерации света внутри сцинтиллирующего материала.
Анализ данных по различным органическим сцинтилляторам показал, что вклад собственного разрешения в общую погрешность составляет от 1,5 % до 2,2 % для частиц с энергией 1 МэВ. При этом поведение вклада в зависимости от энергии в исследованном диапазоне до 4 МэВ успешно описывается простой моделью, предложенной автором. Оказывается, что вклад собственного разрешения имеет ту же энергетическую зависимость, что и основной статистический вклад, в связи с чем важна точная калибровка экспериментальных установок, использующих фотоэлектронные умножители. В работе приведены конкретные рекомендации по минимизации источников погрешности для будущих экспериментов.
«Моя работа — это напоминание, что у природы есть свои "правила игры", — говорит О. Ю. Смирнов, автор исследования. — Мы не можем обойти этот предел, но мы можем точно его измерить и учесть. Только знание погрешности измерительного инструмента может дать уверенность в полученном результате. Вклад собственного разрешения может оказаться критическим для успеха нового поколения экспериментов, где на кону стоят ответы на фундаментальные вопросы о строении нашей Вселенной».
Ссылка на статью: Eur. Phys. J. Plus (2025) 140:1114
Наши публикации
