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Relatore: Laureando: Dott. Giovanni Ambrosi Matteo Duranti Studio delle riessioni multiple di protoni ultrarelativistici in deettori cristallini Una possibile.

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1 Relatore: Laureando: Dott. Giovanni Ambrosi Matteo Duranti Studio delle riessioni multiple di protoni ultrarelativistici in deettori cristallini Una possibile risposta ai problemi di collimazione per il Large Hadron Collider

2 15/09/2008 Matteo Duranti Sommario Nel corso di questa presentazione parleremo di: - problemi di collimazione per il LHC - fenomenologia di channeling e volume reflection per particelle cariche in materiali cristallini - applicazione di questi fenomeni per un possibile sistema di collimazione (collaborazione H8RD22) - analisi dei dati sperimentali per il deflettore a controllo remoto MQM7

3 15/09/2008 Matteo Duranti Collimazione Al LHC verranno fatti collidere fasci di protoni di 7 TeV/c e fasci di ioni Piombo di 574TeV/c. Uno dei problemi tecnologici più rilevanti per il raggiungimento delle prestazioni nominali riguarda il sistema di collimazione:

4 15/09/2008 Matteo Duranti Collimazione con cristalli Tradizionale: Materiale amorfo, deflessione casuale Assorbitori di materiale amorfo deflessioni casuali dellalone difficoltà nel posizionamento degli assorbitori secondari Effetti direzionali: Proposta: Materiale cristallino deflessione controllata

5 15/09/2008 Matteo Duranti Potenziale Reticolare In un un materiale cristallino il campo medio coulombiano tra due piani reticolari può essere approssimato con un canale parabolico: Lenergia potenziale per una particella carica positivamente allinterno del canale può essere scritto come:

6 15/09/2008 Matteo Duranti Channeling: angolo critico Una particella incidente con un piccolo angolo rispetto agli assi di simmetria del cristallo può essere confinata tra due piani cristallini Le condizioni cinematiche per il confinamento dipendono dal momento trasverso e dall'altezza della buca di potenziale: In Si, W, Ge: Angolo critico di Lindhard

7 15/09/2008 Matteo Duranti Cristallo curvato L'idea di Tsyganov ('70) L Utilizzo di cristalli curvati come deflettori, con angolo di deflessione: Con un campo magnetico (per particelle di 400 GeV/c e L=400μm):

8 15/09/2008 Matteo Duranti Volume reflection Con un campo magnetico (per particelle di 400 GeV/c e L=400μm): Langolo di deflessione è: Laccettanza angolare è: L R

9 15/09/2008 Matteo Duranti La collaborazione H8RD22 Lo scopo della collaborazione è la misura di precisione delle grandezze fisiche collegate ai fenomeni di channeling e volume reflection: angolo di deflessione - accettanza angolare - efficienza Per la prima volta: - Misura delleffettivo angolo di deflessione (telescopi in ingresso ed uscita) - Tracciamento di singola particella con rivelatori al silicio di alta risoluzione spaziale (O(10μm)) - Goniometro di elevata risoluzione angolare (~ 1μrad)

10 12/09/2008 Matteo Duranti Dispositivi Piegatura del cristallo macroscopica Piegatura microscopica di precisione forze anticlastiche

11 15/09/2008 Matteo Duranti Multi-cristalli Aumento della deflessione angolare tramite più cristalli in sequenza: Angolo di deflessione: Efficienza di deflessione: MQM7

12 15/09/2008 Matteo Duranti Analisi preliminari Procedure preliminari allanalisi dei dati collezionati: Allineamento dei rivelatori al silicio dei telescopi Selezione degli eventi: compatibilità e coerenza delle coordinate ricostruite con i rivelatori SD3 ed SD4 pulizia dellevento selezione della golden region per i punti di impatto nel cristallo

13 15/09/2008 Matteo Duranti Cristalli non allineati Scansione angolare di 10μrad:

14 15/09/2008 Matteo Duranti Non allineati - VR Sezioni di 2.5μrad: - per lefficienza: tracce deflesse allinterno di 3σ intorno al valore medio -la bontà del fit è controllata tramite la larghezza delle gaussiane θ 1,2 [μrad] 19.8 ± 0.9 θ 3 [μrad] 10.8 ± 0.9 θ 4 [μrad] 9.3 ± 0.9 θ 5 [μrad] 10.9 ± 0.9

15 15/09/2008 Matteo Duranti Non allineati - Channeling Sezioni di 5μrad: - la deflessione è misurata allangolo del goniometro per cui si ha massima efficienza θ 1 [μrad] ± 1.4 θ 2 [μrad] ± 1.4 θ 3 [μrad] ± 1.4 θ 4 [μrad] ± 1.4 θ 5 [μrad] ± 1.4

16 15/09/2008 Matteo Duranti Cristalli allineati Scansione angolare di 5μrad:

17 15/09/2008 Matteo Duranti Allineati - VR Sezioni di 2.5μrad: - deflessione del dispositivo per volume reflection: 51.7 ± 0.9 μrad ( ) μrad - in un intervallo angolare di incidenza di ~ 40μrad si ha un efficienza di deflessione > 90%

18 15/09/2008 Matteo Duranti Collimazione

19 15/09/2008 Matteo Duranti Collimazione tradizionale: channeling: multi volume reflection: Assorbitori di materiale amorfo deflessioni casuali dellalone difficoltà nel posizionamento degli assorbitori secondari

20 15/09/2008 Matteo Duranti Conclusioni Dall analisi dei dati per il deflettore multicristallo MQM7: conferma delle caratteristiche degli effetti di channeling e volume reflection per singoli cristalli misura di precisione degli effetti di volume reflection per un deflettore multicristallo: θ v =51.7 μrad ed efficienza > 90% in un intervallo di 40μrad prestazione di un deflettore multicristallo come elemento base di un eventuale sistema di collimazione: pulizia dell80% del fascio in un intervallo di 80μrad alcuni risultati di questa analisi sono parte integrante di un articolo della collaborazione H8RD22 sottomesso per la pubblicazione a Physical Review Letters

21 15/09/2008 Matteo Duranti Conclusioni (bis)

22 15/09/2008 Matteo Duranti Scansione angolare

23 15/09/2008 Matteo Duranti Uniformità e Torsione Muovendosi lungo il profilo del fascio:

24 15/09/2008 Matteo Duranti Uniformità e Torsione Muovendosi lungo il profilo del fascio:

25 15/09/2008 Matteo Duranti Pulizia necessaria ad LHC Energia [GeV]Tasso di perdita (10 ore di vita media) [p/s] Limite di Quenching [p/s·m] Richiesta di pulizia 450 (SPS)8.4 · · % 7000 (LHC)8.4 · · % R. Assman e W. Scandale, da un seminario per ALICE (Aprile 2007)


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