Le temps qu'une particule met à parcourir une distance connue, utilisé pour l'identifier.Le temps de vol est une technique de mesure qui identifie une particule d'après le temps qu'elle met à parcourir une distance connue. En physique des particules, lorsqu'une particule traverse un détecteur, sa vitesse peut être déduite du temps qu'elle met pour se déplacer entre deux points. Combinée à son impulsion (mesurée par sa déviation dans un champ magnétique), la vitesse révèle la masse de la particule, et donc son identité. C'est un outil fondamental dans les expériences qui étudient les rayons cosmiques, les réactions nucléaires et les particules produites dans les accélérateurs.
La technique est devenue pratique avec le développement des photomultiplicateurs rapides et de l'électronique au milieu du XXe siècle, et elle fait partie intégrante des détecteurs de particules depuis les années 1960.
Deux couches de détecteur sont placées à une distance connue l'une de l'autre. Lorsqu'une particule frappe la première couche, une horloge démarre ; lorsqu'elle frappe la seconde, l'horloge s'arrête. La différence de temps, divisée par la distance, donne la vitesse de la particule. Comme des particules de masses différentes mais de même impulsion se déplacent à des vitesses différentes (les plus légères sont plus rapides), la mesure de la vitesse permet de les distinguer. La technique est particulièrement efficace pour les particules se déplaçant à une fraction significative de la vitesse de la lumière, où des différences de temps de l'ordre de la nanoseconde ou de la picoseconde doivent être résolues.
Le temps de vol est utilisé dans les détecteurs de physique des particules (par exemple au CERN), en spectrométrie de masse pour l'analyse chimique, et en imagerie médicale (scanners TEP) pour améliorer la résolution des images.
Dans un détecteur de particules typique, les systèmes de temps de vol mesurent les temps d'arrivée avec une précision d'environ 100 picosecondes — le temps que met la lumière pour parcourir seulement 3 centimètres.
