Двухфотонное поглощение как новый метод формирования суб-пикосекундных временных меток взаимодействия с ионизирующим излучением в неорганических сцинтилляционных материалах

Abstract

Развитие экспериментов на коллайдерах заряженных частиц в настоящее время является магистральной линией в экспериментальной физике высоких энергий. Временная селекция продуктов взаимодействия в коллайдере достигается путем использования детекторов с высоким временным разрешением, однако среди имеющегося арсенала детекторов, применяемых в физике высоких энергий, подавляющее большинство не обеспечивает временного разрешения лучше 50-70 пс, Ограничительным фактором временного разрешения большинства современных детекторов является спонтанный механизм развития отклика детектора на ионизирующее излучение. Разгорание люминесценции формирующегося ансамбля возбужденных центров может достигать долей наносекунды и более [1]. Прохождение ионизирующего излучения в среде сопровождается упругими явлениями, которые приводят практически к мгновенным локальным изменениям состояния атомов в решетке. Это, прежде всего, упругая поляризация среды, возникающая вследствие ионизации, приводящей к образованию дырок во внутренних электронных оболочках атомов и горячих электронов. Дырки и электроны формируют ансамбль диполей, локализованный в треке частицы, поэтому возмущение решетки происходит во всем объеме трека. Принципиально важным является малое время появления упругой поляризации. Таким образом, упругая поляризация, возникающая при взаимодействии ионизирующего излучения с материалом детектора и сопровождающаяся локальными изменениями электронной структуры, что может проявляться в спектрах двухфотонного поглощения, представляется перспективным эффектом для формирования временной метки взаимодействия ионизирующего излучения с сцинтиллятором.