Incontro con Rinaldo, da Frascati al Tibet

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1 Incontro con Rinaldo, da Frascati al Tibet Benedetto D Ettorre Piazzoli Università di Napoli Federico II and INFN Sezione Napoli Roma Tor Vergata 20 Febbraio 2014

2 Incontro con Rinaldo Ci perdiamo di vista Intermezzo Da SINGAO ad ARGO ARGO

3 INCONTRO CON RINALDO 1967 Conosco Rinaldo in Sala Attrezzature ai Lab. del CNEN, Frascati 1968 Entrambi eravamo impegnati per gli esperimenti ad ADONE Rinaldo con Conversi, io con Grilli Gli esperimenti si fondono, Rinaldo continua la sua attività a Roma e Frascati ma io vado a Torino a lavorare sui raggi cosmici, e così ci perdiamo di vista

4 CI PERDIAMO DI VISTA, O QUASI --metà anni 70 traffico con i tubi a flash per la collaborazione Frascati-Torino e contatto Rinaldo che aveva realizzato l Alveare di Moplen,una evoluzione dei tubi a flash tradizionali. Sono colpito dalla sua competenza e fantasia! Lungo black-out, incontri episodici a Frascati o al CERN, ma Rinaldo lavorava per UA1, io alla North Area e al Monte Bianco Ci siamo rincontrati con maggior frequenza alla fine degli anni 80!!

5 INTERMEZZO Molte osservazioni ( poi rivelatesi in gran parte errate!) suggeriscono la produzione di fotoni di alta energia ( TeV ) da sorgenti galattiche (Cygnus X-3, Hercules X-1) ed extragalattiche (LMC) fotoni ai TeV vengono da pioni neutri, ma allora vi sono anche pioni carichi e quindi neutrini! neutrino = segnatura non ambigua di interazione di raggi cosmici, e puntano direttamente la sorgente scoperta delle sorgenti di raggi cosmici ( Cygnus X-3 ed altre) grande eccitazione, questi neutrini ai TeV li può osservare MACRO (10 3 m 2 )?? troppo piccolo 10 4 m 2 apparati di superficie LAGO, SINGAO

6 Pio Pistilli mi contatta, mi descrive SINGAO, un tracciatore multistrato che utilizza un nuovo rivelatore realizzato da Rinaldo, l RPC molto performante, grande risoluzione spaziale e temporale e poco costoso, col quale si possono rivelare i muoni che vengono da sotto prodotti dall interazioni dei neutrini Siamo alla fine degli anni 80. Ma una data importante e fondamentale per il proseguo degli eventi è Ottobre 1986 quando a Pechino incontro il Prof. Tan che ha montato 16 scintillatori sul tetto del main building di IHEP per studiare gli sciami atmosferici. Tan parla del progetto a YangBaJing (Tibet, 4300 m) con i giapponesi. Sono interessato per una eventuale partecipazione, ma quando ne parlo in CSN2 sono violentemente contrastato

7 Da SINGAO ad ARGO SINGAO in difficoltà Test degli RPC Problema delle infrastrutture ( dove? e i costi?) Nuovi dati da EAS-TOP, HEGRA, CASA-MIA danno solo upper limits per i flussi di fotoni, circa 10 volte più bassi dei flussi precedentemente stimati! l osservazione dei neutrini richiede una superficie sensibile di almeno 10 5 m 2 fine di SINGAO 1989 scoperta di fotoni al TeV dalla Crab Nebula, un solo strato di RPC per rivelare lo sciame atmosferico potrebbe studiare questa e altre sorgenti, nasce l idea di ARGO (..dai neutrini ai fotoni..) L idea originaria = 10 4 m 2 in quota a circa 1000 m in Italia ( più in alto c è troppa neve! ) Dove? Candidato il Toppo di Castelgrande molte incertezze, il sito è una landa desolata da bonificare, costo infrastrutture..e dalle simulazioni risulta che la soglia è 5 TeV, per scendere bisogna andare più in alto, anche se fai un apparato più grande 1991 ICRC Dublino osservazioni sui fotoni al TeV consolidate discuto con Pio Pistilli la possibilità di installare ARGO ad alta quota, Rinaldo assicura che gli RPC lavorano bene pure a 4000 metri prendiamo in considerazione YangBaJing anni seguenti vedono numerosi contatti con i cinesi ( tra cui Tan ) anche qui a Tor Vergata, che ci invitano al Workshop a Lhasa (Tibet)

8 ARGO 1994 Workshop a Lhasa, ci andiamo Rinaldo, Pio e io presentiamo l idea di un RPC carpet ad alta quota, grande interesse cinese (slides) visitiamo YangBaJing e l installazione cino-giapponese. I turnisti dormono in piccoli locali. Non v è acqua corrente, i servizi igienici sono rappresentati, a circa 50 metri e all aperto, da due buchi separati da un muro, un rubinetto fornisce,ogni tanto, un po di acqua. Diciamo a Tan che tutto ciò non è congruo con lo stile di vita italiano. Viaggio indimenticabile nel Tibet storico, in una realtà fuori dal tempo, con tuffo finale mozzafiato dall altopiano (4000 metri) a fondo valle (1000metri). C era anche Aldo Morselli

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11 1994 primo contatto con CSN2, grande freddezza gamma astronomia e raggi cosmici sono border line 1995 ICRC a Roma, molti interventi e molti incontri con esponenti cinesi tra cui il direttore di IHEP e il rettore della Tibet University 1996 presentiamo la proposta, la freddezza continua. E Cina e Tibet non piacciono. CSN2 istituisce una commissione per vagliare possibili siti in alta quota ( Hawaii, Chacaltaya, Tibet ). Solo i cinesi risuonano positivamente. Nel frattempo è stato montato un piccolo tappeto di RPC a Tor Vergata Molti viaggi a Pechino. Un pomeriggio io e Rinaldo decidiamo di andare a piedi (!!!) da IHEP a Tien Ammen. Dopo 2 ore sotto una gelida tramontana cinese decidiamo di tornare indietro, e sconvolti e rimbambiti dal freddo osiamo passare con il rosso una larga strada, e siamo travolti da centinaia di biciclette..ci ranicchiamo, qualcuna ci urta, tutte ci sfiorano..alla fine siamo salvi!

12 1997 finalmente la CSN2 ci concede un test a YangBaJing con pochissime risorse ( tanto moriranno a YBJ e non se ne parla più era il commento più diffuso). 1997/1998 ARGO-test a YBJ. Portiamo materiale più o meno raccogliticcio, assembliamo gli RPC in loco, li installiamo in un piccolo ambiente, montiamo il sistema di gas, l elettronica e..via con la presa dati con e senza piombo e con diverse miscele splendidi risultati di fenomenologia degli sciami, fissato il punto di lavoro degli RPC a 4300 m di quota. La guest house sono dei piccoli ambienti dove ci si muove a malapena e con temperatura tra gli 11 e 15 gradi. (slide) 1998 ARGO approvato dalla CSN2! anche se i fondi allocati non consentiranno una installazione 120 x 120 m 2 ( grande rammarico, ARGO 120x120 con piombo avrebbe avuto una sensibilità comparabile a HAWC) 2000/2001 si completa il building che accoglierà il carpet di RPC. Cerimonia di consegna con governatore del Tibet e l ambasciatore italiano. Grande entusiasmo. Molte difficoltà nell installazione che va a rilento e con grande fatica --costruzione degli RPC molto complessa e in parallelo con quella degli RPC di ATLAS e CMS --trasporto materiale a YBJ richiede circa 3 mesi --a Lhaasa e YBJ non c è niente, ogni errore di pianificazione si paga

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18 Drammatico evento il 5 Aprile 2003 in piena SARS Mentre organizziamo la fuga precipitosa da YBJ il core di uno sciame > ev colpisce il tappeto danneggiando l elettronica di 196 RPC come risulta dall analisi di alcune schede portate a Tor Vergata. Grande sconforto, duro confronto con i cinesi alla ICRC di Tsukuba. La collaborazione non si perde d animo, test a Tor Vergata e a Roma3. Ne risulta un RPC con elettronica irrobustita e migliorata e con layout modificato per disaccoppiare completamente le letture digitale e analogica. Un RPC che ha funzionato in modo splendido sino alla chiusura del data taking (Febbraio 2013)

19 2004 Ricomincia l installazione. I dati parziali ci confortano sulla piena funzionalità del rivelatore e ci consentono di mettere a punto molto software. Ma continua una grande tensione con la comunità cinese 2006 Agosto un flare della Markarian 421 osservato da ARGO durante la fase di commissioning, grande soddisfazione nella collaborazione, ARGO può osservare fotoni di energia più bassa del TeV 2007 anno importante, viene installato il nuovo DAQ, ARGO può acquisire 3,5 khz con tempo morto 4%, viene installato anche l anello di RPC intorno al tappeto inizio ufficiale della presa dati (Novembre)

20 Mrk July-August (test data) N PAD > 40 Excess distribution degrees 6 s.d. Mrk 421 obs. time 109 hours Flux 3-4 Crab Standard deviations

21 5 anni di presa dati con 86% di duty cycle, più della metà del tempo perso dovuto a interruzioni della potenza elettrica ottimo risultato Gli RPC hanno funzionato in modo eccellente ma con sofferenze alle alte temperature nel periodo estivo, superate schermando i vetri del tetto del laboratorio. Accumulato un grande data base in cui efficienza e risoluzione temporale degli RPC sono correlate con pressione, temperatura e umidità Rapporti con i cinesi spesso conflittuali su gestione rivelatore, analisi dati e scrittura lavori. Ma si rendono conto della qualità dei dati e sono molto attivi nell analisi

22 2013 Febbraio, fine della presa dati. Collezionati circa 500 miliardi di eventi di sciami, da sciami di sole 20 particelle sino a molte decine di migliaia. Ampio spettro di fisica investigato ( gamma astronomia di sorgenti puntiformi ed estese e diffuso dal piano galattico, sky survey dell emisfero Nord, spettro raggi cosmici dal TeV ai multi-pev, modulazioni su media e grande scala compreso l effetto Compton-Getting, antiprotone/protone ad alta energia, studio dell IMF, sezione d urto totale protone-protone e molti lavori di fenomenologia degli sciami ) (slide). Molte pubblicazioni su ApJ, A.P., Phys. Rev.D, NIM e altre riviste. La misura della sezione d urto è riportata e quotata dal PDG sulla loro Review. Altre analisi sono in corso, la collaborazione si chiuderà ufficialmente alla fine del L esperienza di ARGO ha rafforzato la comunità cinese che ha rilanciato con un mega-progetto ( LHAASO), chiedendo insistentemente la nostra partecipazione.

23 Moon shadow analysis A tool to evaluate the detector performance Pointing accuracy Angular resolution Absolute energy calibration Angular resolution N pad > 100, 71 s.d. Energy calibration PRD 84 (2011) PRD 85 (2012) The energy scale uncertainty is estimated to be smaller than 13% in the energy range 1 30 (TeV/Z). G. Di Sciascio Vulcano Workshop May 30,

24 Medium/S mall Scale Cygnus Region CRAB Anisotropy Data: November 8, May 20, events dec. region δ Map smoothed with the detected PSF for CRs Galactic center Galactic plane Proton median energy 1 TeV CRs excess 0.1 % with signifincance up to 15 s.d. PRD D 88 (2013)

25 ARGO è stata una avventura complessa e unica, condita di molti ingredienti della vita: fatica, delusioni, tensioni e momenti di grande soddisfazione soprattutto ora che siamo riusciti a realizzare la fisica che avevamo immaginato. Non avremmo mai ottenuto questi risultati con un apparato tradizionale, l utilizzo dell RPC è stato fondamentale per costruire questi occhi che hanno scrutato il cielo interrottamente per 5 anni. Ritengo che questo debba essere grande motivo di soddisfazione e orgoglio per Rinaldo e per i suoi collaboratori.

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