Identyfikacja mezonów π i K w różnorodnych rozpadach mezonów pięknych jest podstawowym wymaganiem dla eksperymentu badającego łamanie parzystości CP. Na przykład, bardzo ważne pomiary asymetrii CP w rozpadach B0d→ π+π– wymagają odrzucenia tła od dwuciałowych rozpadów o takiej samej topologii: B0d→ K+π–, B0s→ K–π+ i B0d→ K+K– (Rys.1). Tylko dobra identyfikacja cząstek pozwala wydzielić przypadki szukanego rozpadu (Rys.2). Jeszcze wyraźniej można pokazać to na przykładzie rozpadu B0s→ DSK, gdzie pochodzące od rozpadów B0s→ DSπ tło jest ok. 15 razy liczniejsze (Rys.3 i Rys.4). Analiza takich rozpadów jest niemożliwa bez efektywnego rozróżnienia mezonów π i K.
 Rys.1 |
 Rys.2 |
Oscylacyjne przejścia między stanami neutralnych mezonów B i anty-B sprawiają, że równie ważna jest identyfikacja kaonów z rozpadów drugiego mezonu z pary produkowanych cząstek pięknych. Służy ona tu do tzw. znakowania, czyli określenia, czy badana pierwsza cząstka w momencie produkcji była mezonem B0, czy anty-B0. Można to zrobić, identyfikując kaony z rozpadów kaskadowych b → c → s (lub anty-b → anty-c → anty-s), w których kwark piękny przechodzi w kwark powabny, a następnie w dziwny. Ładunek utworzonego na tej drodze mezonu K–(anty-u s) lub K+(u anty-s) zależy od ładunku początkowego kwarka: b → K–, a anty-b → K+.
 Rys.3 |
 Rys.4 |
Produkty rozpadów dwuciałowych to zwykle cząstki szybkie, natomiast w rozpadach wielociałowych i kaskadowych produkowane są cząstki o małych pędach. Wynika stąd potrzeba identyfikacji cząstek w dużym zakresie pędów – w eksperymencie LHCb od ok. 1 GeV/c do 150 GeV/c.
Jedyna technika identyfikacji cząstek, która obejmuje tak duży zakres pędów to detekcja pierścieni promieniowania Czerenkowa wytworzonego przez przejście naładowanej cząstki przez różne ośrodki emitujące fotony promieniowania (Rys.5).
 Rys.5 |
Kąt emisji tych fotonów θ mierzony względem toru cząstki zależy od jej prędkości v oraz współczynnika załamania światła w ośrodku n: cosθ = c/vn, i wyznaczany jest przez pomiar promienia okręgu, na którym układają się fotony zogniskowane na płaszczyźnie z elementami detektora. Stąd pochodzi angielska nazwa tych detektorów: Ring Imaging Cherenkov Counters (RICH). Wyznaczenie prędkości cząstki przy znajomości jej pędu prowadzi do wyznaczenia masy, czyli jednoznacznej identyfikacji cząstki. Niestety, w miarę jak prędkości cząstek v zbliżają się do prędkości granicznej w danym ośrodku c/n, promienie okręgów pochodzące od cząstek o różnej masie zbliżają się do wspólnej wartości granicznej i identyfikacja staje się niemożliwa. Z tego powodu w eksperymencie LHCb budowane są dwa detektory promieniowania Czerenkowa z trzema ośrodkami o różnych współczynnikach załamania. Przeźroczysta pianka krzemowa (aerożel) z najwyższym współczynnikiem załamania n = 1,03 będzie służyć do odróżniania najwolniejszych cząstek, a dwa detektory gazowe wypełnione fluorkami węgla C4F10 z n = 1,0014 i CF4 z n = 1,0005 – do identyfikacji coraz szybszych cząstek.
Płaszczyzny detektorów fotonów promieniowania Czerenkowa dla RICH1 (Rys.6) i RICH2 (Rys.7) pokrywają powierzchnię 2,6 m2.
 Rys.6 |
 Rys.7 |
Dla dokładnego pomiaru promieni okręgów, na których układają się fotony, rozdzielczość pomiaru położenia fotonu na płaszczyźnie detektora powinna wynosić 2,5mm x 2,5mm. Wymagania takie spełniają hybrydowe fotodiody przedstawione na Rys.8. Okienko fotokatody ma średnicę 83 mm. Aby pokryć całkowitą powierzchnię 2,6 m2, potrzeba 168 takich detektorów dla RICH1 i 262 dla RICH2 (Rys.9). Fotoelektrony wybite z fotokatody przez padający foton przyspieszane są w polu 20 kV i ogniskowane przez układ elektrod.
 Rys.8 |
 Rys.9 |
Pięciokrotnie zmniejszony obraz fotokatody otrzymywany jest na powierzchni płytki składającej się z macierzy 1024 elementów (pikseli) – diod krzemowych o rozmiarach 0,5mm x 0,5mm. Układ scalony służący do odczytu z tych 1024 pikseli umieszczony jest tuż pod płytą detektora (Rys.10). Połączenia poszczególnych elementów macierzy detektora z macierzą odpowiednich kanałów odczytu wykonane są za pomocą techniki, używającej mikroskopijnych kropelek indu.
 Rys.10 |
 Rys.11 |
Dla sprostania założeniom teoretycznym dotyczącym kąta bryłowego, przy którym następują badane rozpady detektor RICH1 jest umieszczony bezpośrednio za detektorem wierzchołka (Rys.11). W takim przypadku kąt bryłowy jaki obejmuje RICH1 to ±300 mrad w poziomie i ±250 mrad w pionie.
Detektor RICH2 znajduje się około 10 m za detektorem wierzchołka i obejmuje kąty ±120 mrad w poziomie i ±100 mrad w pionie.