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P. E. Bagnoli, N. Beverini, B. Bouhadef, R. Falciai, E. Maccioni, M. Morganti,F. Stefani, C. Trono Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Universita'

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1 P. E. Bagnoli, N. Beverini, B. Bouhadef, R. Falciai, E. Maccioni, M. Morganti,F. Stefani, C. Trono Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Universita' di Pisa, Via Diotisalvi 56100, Pisa Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Largo Pontecorvo 3, 56127, Pisa Dipartimento di Fisica E.Fermi Universita' di Pisa, Largo Pontecorvo 3, 56127, Pisa Istituto di Fisica Applicata Nello Carrara, IFAC-CNR, Firenze * Per informazioni tel.: ; fax: IDROFONO A LASER IN FIBRA COME POSSIBILE RIVELATORE DI NEUTRINI UHE SEGNALE ACUSTICO PRODOTTO DA UN NEUTRINO IN ACQUA SET-UP SPERIMENTALE SENSIBILITÀ DI UN IDROFONO LASER PUMP LASER 980 nm ISOLATOR 1550 nm ISOLATOR WDM Fiber Laser Array Length Imbalance A. O. Frequency Shifter 90/10 coupler 1 X 4 DWDM 1 X 4 DWDM 10 % 90 % MACH-ZENDER INTERFEROMETER 50/50 coupler 50/50 coupler Intensity Monitor & Normalization Photodiodes 1-4 FM Demodulators Londa acustica induce una variazione della lunghezza donda di emissione del laser che viene misurata con tecniche interferometriche / P ~ nm PRINCIPIO DI RIVELAZIONE IL SENSORE LASER La rivelazione acustica di neutrini in mare aperto, in alternativa alla tecnica di rivelazione della luce Čerenkov, fu proposta già nel Le interazioni dei neutrini UHE (1016÷1018 eV) rilasciano in alcune decine di microsecondi una quantità macroscopica di energia in un cilindro dacqua avente diametro di pochi cm e lunghezza 5-10 m. Il riscaldamento locale genera un caratteristico impulso bipolare di pressione. Questa onda acustica, a forma di disco, si propaga in direzione radiale, perpendicolarmente alla direzione del rilascio denergia ed ha ampiezza massima lungo il piano equatoriale. Inoltre la sua ampiezza è linearmente dipendente dalla densità di energia rilasciata. Per neutrini di energia 1 EeV lampiezza dellonda acustica calcolata teoricamente è circa 10 ÷ 60 mPa/(Hz)1/2, ad una distanza di 400 m. Le frequenze caratteristiche dellonda sono distribuite fra 10 e 100 kHz. Il segnale di pressione dei neutrini si somma al rumore acustico in acqua Deep Sea State Zero (DSS0), che è circa 10 mPa/(Hz)1/2 a 50 kHz. In questo regime di frequenze la lunghezza di assorbimento del suono è circa 1 Km, quindi le tecniche di rivelazione acustica di neutrini UHE sembrano essere adatte alla costruzione di un telescopio acustico di grande volume con limpiego di un numero relativamente piccolo di idrofoni. Due reticoli di Bragg, con uguale lunghezza donda di riflessione, vengono incisi su un tratto di fibra ottica singolo modo drogata allErbio. La cavità laser è di tipo Fabry-Perrot con gli ioni Erbio che costituiscono il mezzo attivo. Quando viene pompata otticamente a 980 o a 1480 nm, emette radiazione di lunghezza donda centrata a circa 1550 nm con una banda di emissione inferiore a 5 kHz. La sensibilità raggiunta nel laboratorio non insonorizzato è 60 Pa/(Hz) 1/2 nella banda di rivelazione da 5 a 100 kHz. La possibilità di disporre in serie idrofoni a laser in fibra è già stata provata. Nel prossimo futuro ci proponiamo di costruire un sistema di quattro idrofoni in serie e di verificarne la risposta quando viene immerso in acqua a grande profondità. I dispositivi per il pompaggio ottico e la rivelazione (con ADC, acquisizione dei dati e elettronica di elaborazione), saranno alloggiati in una benthos-sfera. Un cavo elettro-ottico collegherà il dispositivo alla stazione di terra ALTRE APPLICAZIONI I laser in fibra sono anche sensori di temperatura e di strain (deformazione relativa lineare). In test preliminari abbiamo misurato dinamicamente deformazioni meccaniche lineari dellordine di 100 pico-strain per frequenze superiori allHz. Ciò significa che abbiamo misurato deformazioni lineari di circa 10 picometri su 10 cm. RIVELAZIONE ACUSTICA DI NEUTRINI SVILUPPI SISTEMA DI QUATTRO IDROFONI LASER


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