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Transition Radiation Detector (TRD) - Übergangsstrahlung

Übergangsstrahlung ist die Strahlung, die von geladenen Teilchen emittiert wird, welche die Grenze zwischen Medien mit unterschiedlicher Permittivität durchqueren. Die Permittivität steht dabei für die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder.

Durchquert nun ein geladenes Teilchen ein solches Material, entstehen entlang der Flugrichtung Dipole. Wenn diese Dipole in den neutralen Zustand zurückfallen werden Lichtwellen emittiert. Aufgrund der unterschiedlichen Ort der Dipole, kommt es zu einer Phasendifferenz zwischen den Wellen, was in der Regel zu einer destruktiven Interferenz führt - die gegeneinander ausgerichteten Wellenzüge löschen sich gegenseitig aus. Dies führt dazu, dass nur an der Grenzfläche Strahlung emittiert wird.

Mit dem sog. "Spiegelladungsmodell" wird die Übergangsstrahlung dadurch erklärt, dass die unterschiedliche Permittivität der beiden Medien mit dem geladenen Teilchen eine Spiegelladung erzeugen, die zusammen mit der sich nähernden Teilchenladung einen veränderlichen Dipol darstellt. Diese Änderung geht beim Austritt des geladenen Teilchens verloren, bzw. wird als Übergangstrahlung abgegeben.

Im Gegensatz zum Cherenkov-Effekt zeigt die Übergangsstrahlung kein Schwellenverhalten. Das bedeutet, dass nach klassischer Rechnung auch sehr niedrige Teilchengeschwindigkeiten zu einer, von Null verschiedenen Intensität der Übergangsstrahlung führen können. Quantenmechanisch betrachtet, wird eine sehr niedrige, aber von Null verschiedene, Photon-Emissionswahrscheinlichkeit, erhalten.

Bei Übergangsstrahlungsdetektoren (TRD) kommen verschiedene Materialien zum Einsatz. Meist handelt es sich dabei um spezielle Kunststofffolien mit spezifischer Permittivität. Um eine höhere Nachweiswahrscheinlichkeit der Übergangsstrahlung zu erreichen, wird eine Vielzahl solcher Folien hintereinander angeordnet. Durch genaues positionieren der Folien kann damit erreicht werden, dass sich die Lichtwellen der Übergangsstrahlung mit jeder weiteren Folie konstruktiv überlagern und zu einer Signalverstärkung führen.





Testanordnung für den ALICE-TRD
Mehrere Folienstampel hintereinander verstärken das Signal
Quelle: CERN