Исследования в области физики высоких энергий нацелены на новые научные открытия. В экспериментах по столкновению частиц первичные частицы, такие как электроны и протоны, ускоряются до высокой энергии ускорителем, таким образом, что они будут сталкиваться друг с другом, создавая вторичные частицы. Наблюдаются и измеряются энергия, скорость и кинетический момент данных частиц. Когда заряженная частица проходит через сцинтиллятор, выделяется световой импульс в соответствии с величиной энергии частицы. Регистрация данного светового импульса с помощью ФЭУ дает возможность измерить энергию, скорость и направление заряженной частицы.
Есть несколько методов регистрации частиц, в которых применяются ФЭУ, в том числе годоскопы, времяпролетные счетчики, калориметры и черенковские счетчики.
Годоскоп — система детекторов (обычно сцинтилляционных), предназначенная для определения траектории частиц. Пластические сцинтилляторы собираются в два ортогональных слоя, за которыми следуют фотоэлектронные умножители. Координаты и время, за которое заряженная частица проходит через определенные сцинтилляторы, регистрируется соответствующими фотоэлектронными умножителями.
Времяпролётный счётчик измеряет время пролета частиц, чтобы определить их тип. Когда первичные частицы сталкиваются друг с другом, генерируются вторичные электроны. Измеряется время пролета данных вторичных частиц от точки столкновения до времяпролетного счетчика, чтобы узнать скорость частиц. Типовой детектор состоит из длинного пластического сцинтиллятора, оба конца которого соединены с фотоэлектронным умножителем. Большое число пластических сцинтилляторов устанавливаются в форме цилиндра вокруг точки столкновения.
Калориметры измеряют энергию вторичных частиц, таких как электроны, фотоны и адроны. Точка столкновения окружена детекторами. В случае калориметров энергия частиц высвобождается в материал и преобразуется в свет или электрический заряд. Обычно они измеряются с помощью детекторов, состоящих из неорганического сцинтиллятора или свинцового стекла в сочетании с фотоэлектронным умножителем.
Черенковское излучение испускается, когда заряженная частица, обладающая скоростью или энергией выше определенного уровня, проходит через материал «излучателя» — прозрачную среду. Данное черенковское излучение — своего рода ударная волна, которая излучается в виде конуса вокруг направления заряженной частицы, образуя кольцевую структуру. Энергию и тип частицы можно определить, основываясь на размере и яркости этого кольца. Черенковское излучение преобразуется в электрический сигнал с помощью фотоэлектронных умножителей.
На рисунке приведен схематический пример черенковского счетчика, называемого RICH (Кольцевой черенковский детектор изображения).В данном примере в качестве излучателя используется аэрогель. Когда пи-мезоны или К-мезоны проходят через излучатель, черенковское излучение испускается конусообразно. Это излучение регистрируется фотодетекторными матрицами, а идентификация типа частиц происходит, исходя из информации о кольцевой визуализации.
Поскольку длительность черенковского излучения составляет 10-11-10-12с, временное разрешение черенковских детекторов лимитируется только свойствами ФЭУ и регистрирующей электроники. Традиционные динодные ФЭУ имеют временное разрешение на уровне 5–10 нс, что заметно ограничивает разрешающую способность детекторов в сравнении с ФЭУ-МКП, имеющими временное разрешение на уровне 1 нс.
ФЭУ-МКП ООО ВТЦ «Баспик» — «Сапфир-2АМ» и «Топаз-М» успешно применяются в качестве детекторов черенковского излучения.