Rivelatori di Particelle. Danilo Domenici

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1 Rivelatori di Particelle Danilo Domenici

2 mappa concettuale cadimento nucleare rivelare adiazione cosmica particella radiazione rivelatore di particelle tracciare terazioni in n collisore identifica

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6 m 46 m peso 7000 ton 6000 m 2 di rivelatori 3000 ricercatori 38 paesi del mondo

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8 perche facciamo collidere le particelle? sorgente particella rivelatore osservatore collisione bersaglio per capire come è fatta la materia

9 esperimento di rutherford

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11 perche le facciamo collidere a energia sempre piu alta? λ= h/p E=m c 2 diminuisce la lunghezza che posso studiare aumenta la nuova materia che posso creare

12 come vediamo l invisibile

13 nucleo carica elettrica positiv carica forte interazione radiazione-materia tipi diversi di particelle possono interagire con gli elettroni o con il nucleo elettroni carica elettrica negativ

14 interazione radiazione-materia particelle direttamente rivelabili e p n ele$rone protone neutrone fotone γ particelle stabili π µ muone pione K kaone particelle con vita media > s tutte le particelle con vita media < s si identificano attraverso i loro prodotti di decadimento

15 interazione radiazione-materia urti con gli elettroni forza elettromagnetica e ele$rone µ muone p protone γ fotone π K pione kaone urti con il nucleo forza forte p π K protone pione kaone n neutrone produzione di coppie e + e

16 apparato di rivelazione ermetico Rivelatore di Vertice o Tracciatore Interno rivela le particelle cariche e ne misura la quantità di moto Calorimetro Elettromagnetico rivela elettroni e fotoni e ne misura l energia Calorimetro Adronico rivela protoni, neutroni, pioni, kaoni e ne misura l energia Magnete curva le particelle cariche e ne permette la misura della quantità di moto Rivelatore di Muoni rivela i muoni

17 identificazione delle particelle muone neutrone protone pione kaone fotone elettrone

18 e + e e + e e + e µ + µ

19 e + e γ γ e + e π + p n......

20 il rivelatore cms a lhc

21 il rivelatore atlas a lhc

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23 H γ γ

24 H Z0 Z0 µ+ µ µ+

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27 LHC computing

28 LHC big data 40 M/s x 100 MB 4 PB/s Trigger Livello1 100 k/s x 1 MB 100 GB/s Trigger Livello2 300/s x 1 MB 100 PB/y

29 Lhc computing grid 170 centri di calcolo in 42 paesi del mondo collegati a 10Gb/s

30 caratteristiche dei rivelatori Sensibilità capacità di produrre un segnale per un certo tipo di radiazione e di energia Risoluzione capacità di distinguere tra due misure vicine di una grandezza fisica misurata (es. posizione o tempo) Efficienza frazione di particelle rivelate rispetto a quelle incidenti Tempo morto tempo necessario per essere di nuovo attivo dopo la rivelazione di una particella

31 tipi di rivelatori ipo di funzione Tracciatori Calorimetri Rivelatori Cherenkov Materiale Rivelatori a gas Rivelatori a stato solido

32 tracciatori Sensibilità tutte le particelle cariche F = p x B immersi in campo magnetico misurano la quantità di moto Materiali leggeri la particella deve perdere poca energia

33 calorimetri Sensibilità Ecal: elettroni e fotoni l: protoni, neutroni, pioni, kaoni Energia misurano l energia (senza campo magnetico) Materiali pesanti la particella deve perder tutta la sua energia

34 rivelatori a gas ionizing par4cle cathode current meter gas electric field power supply + anode Punti di Forza grandi volumi con poca spesa segnale grande

35 Multiwire proportional chamber ionizing par4cle cathode gas anode + electric field current meter power supply cathode il segnale del filo fornisce la posizione della particella il campo elettrico vicino al filo (1/r) moltiplica gli elettroni

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37 gas electron multiplier un foglio di kapton metallizzato e micro-forato moltiplica gli elettroni Punti di forza piccolo tempo morto

38 rivelatori a stato solido ionizing par4cle cathode silicio germanio diamante electric field power supply + anode front-end amplifica4on electronics Punti di Forza risoluzione spaziale e temporale

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42 effetto cherenkov c/n t vt cosθ= c/vn

43 rivelatori cherenkov Tracciatore Rivelator Cherenko p = mv v/(cn) m identificazione della partice pione 140 MeV kaone 500 MeV protone 940 MeV

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46 positron emission tomography