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Astrofisica Gamma (brevi cenni su..) STACEEHESSARGO-YBJ.

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Presentazione sul tema: "Astrofisica Gamma (brevi cenni su..) STACEEHESSARGO-YBJ."— Transcript della presentazione:

1 Astrofisica Gamma (brevi cenni su..) STACEEHESSARGO-YBJ

2 April 22, 2007Astrofisica Gamma2 Sciami elettromagnetici atmosferici gamma, e+/e-, µ+/µ-, hadrons Lo sciame inizia a ~20 Km di altezza, con un massimo a ~10 Km per energie dellordine del GeV. Lasse dello sciame segue la traiettoria originale del fotone iniziale. I fotoni Cerenkov vengono emessi in un cono di circa 1 grado e arrivano a Terra su una superficie dellordine di un centinaio di mq. I raggi cosmici danno origine a sciami con fluttuazioni molto più importanti, molto più larghi ( a causa del P t kick intrinseco) e con meno luce (a causa della maggiore presenza di pioni e muoni non relativistici). La luce Cerenkov contenuta in un dato cono è molto minore rispetto a quella di uno sciame elettromagnetico della stessa energia.

3 April 22, 2007Astrofisica Gamma3 Sciami elettromagnetici atmosferici Tempo di arrivo dei fotoni: Distribuzione smooth sferica Simulazione della luce emessa da un fotone di 100 GeV Punto di impatto dei fotoni Cerenkov

4 April 22, 2007Astrofisica Gamma4 Sciami elettromagnetici atmodferici Tempo di arrivo dei fotoni vs distanza dal centro. Simulazione della luce emessa da un fotone di 100 GeV Fotoni per mq vs distanza dal centro

5 April 22, 2007Astrofisica Gamma5 Sciami adronici atmosferici Tempo di arrivo dei fotoni: Distribuzione smooth sferica Simulazione della luce emessa da un protone di 500 GeV Punto di impatto dei fotoni Cerenkov

6 April 22, 2007Astrofisica Gamma6 Sciami adronici atmosferici Simulazione della luce emessa da un protone di 500 GeV Tempo di arrivo dei fotoni vs distanza dal centro. Fotoni per mq vs distanza dal centro

7 April 22, 2007Astrofisica Gamma7 Separazione Gamma-Adrone Telescopi a imaging (MAGIC e HESS) hanno camere a pixel che consentono tagli piuttosto netti sulle immagini. Rivelatori a campionamento (STACEE e altri..) devono invece sfruttare la struttura dei differenti fronti di luce for ottenere la separazione gamma-adrone. gamma muon

8 April 22, 2007Astrofisica Gamma8 Soglia in Energia Il problema è quello si misurare piccoli flussi di fotoni da sciami elettromagnetici di bassa energia, in presenza del fondo diffuso notturno. Semplice formula….. E Soglia in energia Fondo diffuso notturno Angolo solido (campo di vista) Risoluzione temporale Efficienza di raccolta A Superficie di raccolta Limitazioni intrinseche alla risoluzione temporale imposte dalla fisica dello sciame……ci si concentra su efficienza di rivelazione e area del rivelatore.

9 April 22, 2007Astrofisica Gamma9 Solar Tower Atmospheric Cerenkov Effect Experiment 34.96° N ° W 1700 m alt 212 specchi Torre di 70 m

10 April 22, 2007Astrofisica Gamma10 Solar Tower Atmospheric Cerenkov Effect Experiment NSTTF (National Solar Thermal Test Facility), Albuquerque, NM, U.S.A., mantenuto dal Laboratorio Nazionale SANDIA. Specchi originalmente disegnati e realizzati per ricerca nel campo della raccolta dellenergia solare! La collaborazione dimostra la fattibilità del loro utilizzo per raccogliere luce Cerenkov durante la notte. Costruito da una collaborazione U.S/Canada tra il 1997 e Pienamente operativo. Principio di funzionamento: sciame elettromagnetico generato dal fotone nel suo attraversamento dellatmosfera terrestre. Alcune delle particelle generate possono viaggiare a velocità superiori a quella delle luce e generare luce Cerenkov. I fotoni Cerenkov vengono riflessi su degli specchi secondari posizionati nella Torre centrale (Solar Tower), e direzionati su fotorivelatori (tubi fotomoltiplicatori) che trasformano la luce in un segnale elettrico.

11 April 22, 2007Astrofisica Gamma11 STACEE Gli specchi di STACEE hanno una superficie di circa 37 metri quadri. La luce Cerenkov viene riflessa su specchi di più piccole dimensioni. Gli specchi principali costituiscono un telescopio per raggi gamma di superficie molto estesa (circa 2000 mq), che consente lo studio dei fotoni nellintervallo di energia tra qualche decina di GeV e 500 GeV. Ad un costo che è solo una frazione di quello di un esperimento su Satellite! Ogni singolo blocco è composto da una matrice 5 x 5 di specchi, ognuno di 0.37 mq. Gli specchi possono essere orientati singolarmente e messi a fuoco (con una certa precisione!) in modo da generare una foto del sole di 2m in diametro in cima alla Torre. Tutti i singoli blocchi sono individualmente orientabili con una precisione di 3 arcmin.

12 April 22, 2007Astrofisica Gamma12 STACEE Tre specchi da 2m ognuno con la sua camera individuale da 16 canali Due specchi da 1m ognuno con la sua camera individuale da 8 canali

13 April 22, 2007Astrofisica Gamma13 STACEE Stadio finale dellottica di STACEE: concentra la luce di un blocco in un unico tubo fotomoltiplicatore (DTIRC = Dielectric Total Internal Reflection Concentrator). Tubi fotomoltiplicatori da 51 mm. mapping 1 a 1 dei singoli blocchi: = 64 campioni indipendenti di misure di luce Cerenkov.

14 April 22, 2007Astrofisica Gamma14 STACEE Read-out usa real-time Linux computer in crate VME (anche CAMAC): GHz FADC…. Un piccolo esperimento per gli standard di oggi! Quasi le dimensioni di un esperimento da laboratorio…..

15 April 22, 2007Astrofisica Gamma15 STACEE Caratteristiche di STACEE area rivelatori 2000 m 2 soglia di 30 GeV superficie coperta dai rivelatori m 2 Tecnologia ottica ad alto livello Fast Read-out: 40 ADC 1GHz per la ricostruzione degli EAS

16 April 22, 2007Astrofisica Gamma16

17 April 22, 2007Astrofisica Gamma17 HESS Quattro telescopi, 107 m 2 ognuno 960 PMT cameras, field of view 5 o. PSF < 0.1°. Osservazioni durante notti serene e senza luna, ~1000 h / year Centinaia di oggetti osservati ogni notte: ~300 imamagini registrate al secondo Khomas Highlands, Namibia 1800 m asl Operativo dal 2003 Soglia in energia: ~ 100 GeV, ~20% risoluzione Sensibilità: 1% Crab in 25 h (5 )

18 April 22, 2007Astrofisica Gamma18 HESS

19 April 22, 2007Astrofisica Gamma19HESS Struttura meccanica: Struttura meccanica: - Telaio di acciaio - Peso, 60 tons Specchio Specchio Area 107 m 2 Area 107 m 2 Segmentato in 380 specchi individuali di 60 cm di diametro Segmentato in 380 specchi individuali di 60 cm di diametro Diametro 13 m Diametro 13 m Lunghezza focale 15 m Lunghezza focale 15 m Camera Camera

20 April 22, 2007Astrofisica Gamma20 HESS - CAMERA 960 pixels (tubi fotomoltiplicatori), dimensioni 0.16° 960 pixels (tubi fotomoltiplicatori), dimensioni 0.16° 5° field of view 5° field of view Elettronica di lettura integrata sulla camera Elettronica di lettura integrata sulla camera Sistema modulare. Un sistema di Trigger centrale utilizza le informazioni dei singoli telescopi per formare coincidenze multiple (minimo di due) che consentono la ricostruzione stereoscopica degli sciami.

21 April 22, 2007Astrofisica Gamma21 HESS - CAMERA 960 fotorivelatori ognuno dei quali vede un angolo di 0.16°, 29 mm fototubi Photonis con finestre di borosilicato. Coni di Winston per migliorare la raccolta di luce. Il sistema completo pesa circa 800 Kg e dissipa circa 5KW!

22 April 22, 2007Astrofisica Gamma22 HESS - LIVETIME Efficienza: 64% Inefficienze dovute a : Cattivo tempo 23% Rivelatore 6% Target change 7%

23 April 22, 2007Astrofisica Gamma23 ARGO - YBJ (Yangbajing) Astrophysical Radiation with Ground-based Observatory at YangBaJing Astrophysical Radiation with Ground-based Observatory at YangBaJing 4300 asl, a Yangbajing, 90 km a nord di Lasha (Tibet) 4300 asl, a Yangbajing, 90 km a nord di Lasha (Tibet) ~ 606 g/cm 2 di spessore atmosferico ~ 606 g/cm 2 di spessore atmosferico Rivelatore di sciami atmosferici a copertura totale, 7000 m 2 Rivelatore di sciami atmosferici a copertura totale, 7000 m 2 Diversamente dagli apparati tradizionali, normalmente in grado di campionare una piccola frazione dello sciame (~1-2%), ARGO-YBJ consente di rivelarne unelevata frazione, fino al 90%. Diversamente dagli apparati tradizionali, normalmente in grado di campionare una piccola frazione dello sciame (~1-2%), ARGO-YBJ consente di rivelarne unelevata frazione, fino al 90%. Possibilità di effettuare studi topologici Possibilità di effettuare studi topologici Efficiente anche per sciami di energia minore (minore atmosfera) Efficiente anche per sciami di energia minore (minore atmosfera) Ottima risoluzione temporale, 1 ns, alta sensibilità verso sorgenti di raggi gamma Ottima risoluzione temporale, 1 ns, alta sensibilità verso sorgenti di raggi gamma Ampio campo di vista (FOV) Ampio campo di vista (FOV) Alta percentuale di tempo effettivo di presa dati Alta percentuale di tempo effettivo di presa dati

24 April 22, 2007Astrofisica Gamma24 ARGO - YBJ (Yangbajing) Dispositivo a copertura totale di dimensioni 78 x 74 m 2, realizzato con singolo strato di camere ad elettrodi piani resistivi (RPC) Dispositivo a copertura totale di dimensioni 78 x 74 m 2, realizzato con singolo strato di camere ad elettrodi piani resistivi (RPC) Anello di guardia, parzialmente equipaggiato con RPC, incrementa larea attiva fino a 111 x 99 m 2. Anello di guardia, parzialmente equipaggiato con RPC, incrementa larea attiva fino a 111 x 99 m 2. Costituito da 154 unità logiche, chiamate Clusters, di cui 24 nellanello di guardia. Totale di 1848 RPC. Costituito da 154 unità logiche, chiamate Clusters, di cui 24 nellanello di guardia. Totale di 1848 RPC. 12 RPC/cluster, 12 RPC/cluster, 1 RPC 126 x 285 cm 2 1 RPC 126 x 285 cm 2

25 April 22, 2007Astrofisica Gamma25 ARGO - YBJ (Yangbajing)

26 April 22, 2007Astrofisica Gamma26 ARGO - YBJ (Yangbajing)

27 April 22, 2007Astrofisica Gamma27 ARGO - YBJ (Yangbajing) 154 CLUSTERs, PADs 154 CLUSTERs, PADs Area totale del rivelatore: 6500 m 2 Area totale del rivelatore: 6500 m 2 Risoluzione angolare 0.5 o Risoluzione angolare 0.5 o Misura del tempo e del numero di particelle Misura del tempo e del numero di particelle

28 April 22, 2007Astrofisica Gamma28 ARGO - YBJ (Yangbajing) Resistive Plate Chamber Bassi costi, alta efficienza, buona risoluzione spaziale e temporale (<1ns), facilità di assemblaggio, struttura meccanica semplice, alta zona di copertura sensibile.


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