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Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf LHCf: un esperimento per la fisica dei raggi cosmici ad LHC Oscar Adriani INFN Sezione di Firenze - Dipartimento.

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1 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf LHCf: un esperimento per la fisica dei raggi cosmici ad LHC Oscar Adriani INFN Sezione di Firenze - Dipartimento di Fisica dellUniversità degli Studi di Firenze LA FISICA DI LHCf LA FISICA DI LHCf LAPPARATO SPERIMENTALE LAPPARATO SPERIMENTALE IL POSSIBILE CONTRIBUTO DI FIRENZE IL POSSIBILE CONTRIBUTO DI FIRENZE Studio delle sezioni durto di produzione di pioni neutri nella regione very forward ad unenergia equivalente di eV nel laboratorio

2 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf La Collaborazione LHCf O. Adriani(1), L. Bonechi(1), M. Bongi(1), A. Faus(2), M. Haguenauer(3), Y. Itow(4), K. Kasahara(5), K. Masuda(4), Y. Matsubara(4), H. Matsumoto(4), H. Menjo(4), Y. Muraki(4), T. Sako(4), T. Tamura(6), S. Torii(7), W.C. Turner(8), J. Velasco(2), K. Yoshida(6) (1) Università di Firenze, Italia (2) IFIC, Centro Mixto CSIC-UVEG, Valencia, Spain (3) Ecole - Polytechnique, Paris, France (4) STE laboratory, Nagoya University, Japan (5) Shibaura Inst. of Techn., Saitama, Japan (6) Kanagawa University, Yokohama, Japan (7)Advanced Research Inst. for Science and Engineering, Waseda University Japan (8) LBNL, Berkeley, California, USA LHC at CERN SwitzerlandFrance 4.3 km Deriva dalla collaborazione CERN UA7 che ha effettuato uno studio della produzione di e 0 a basso angolo (E = eV nel laboratorio)

3 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Il contributo predominante al flusso di energia è nella regione very forward ( = 0) Le misure a più alta energia (E=10 14 eV) di sezione durto di produzione di pioni neutri in regione di alta rapidità (, y = 5÷7) sono quelle di UA7 E lab =10 17 eV LHCf consente di estendere le misure fino a E lab =10 17 eV (energia equivalente nel s.d.r. del laboratorio, E lab = E 2 cm (LHC) /2 m P ) Sviluppo di sciami atmosferici Simulazione di uno sciame atmosferico iniziato da un protone di eV.

4 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Gli eventi di energia estrema (HiRes e AGASA) GZK cutoff: eV AGASAvsHiRes super GZK events?!? Dopo correzione del 15% sulla scala assoluta di energia!!!

5 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Studio dello sviluppo degli sciami atmosferici Non esistono dati sugli spettri di produzione di particelle ad alte energie!! Questi spettri servono agli esperimenti che studiano lo sviluppo degli sciami in atmosfera (TA, Auger, EUSO) Necessità di misurare direttamente la sezione durto di produzione di pioni in funzione di P T (x cm ) per stimare correttamente lenergia del Raggio Cosmico primario Livello del mare Fattore 2 di discrepanza

6 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Installazione di un Calorimetro Elettromagnetico per rivelare i π 0 prodotti nellinterazione pp ad LHC, nella regione in cui si ha la separazione del tubo a vuoto, ad una distanza di circa 115m (140m) dal punto di interazione (IP) ATLASLHCb Possibilità di utilizzare le regioni di interazione IR1 (ATLAS) e IR8 (LHCb) Metodo sperimentale proposto interno: 95mm

7 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Installazione di due rivelatori indipendenti INTERACTION POINT IP1 (ATLAS) or IP8 (LHCb) Beam line Detector II Tungsteno Scintillatore Piani di silicio Detector I Tungsteno Scintillatore Fibre scintillanti ~110m/140m

8 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Installazione di due rivelatori indipendenti Detector I Interamente a carico dei giapponesi Le fibre scintillanti sono realizzate in strati che coprono esattamente la sezione delle tre torri del calorimetro. Strati di tungsteno (2 r.l.) Layer di scintillatore (3mm)

9 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Struttura del rivelatore: sezione trasversale Hamamatsu MA-PMT per le fibre scintillanti PMTs per i layer di scintillatore 4cm 3cm 2cm BEAM CENTER y 9.9 y 8.5 y 7.8 Fibre scintillanti per il tracciamento dei profilo trasversale degli sciami Fibre per il readout degli scintillatori usati per campionare il profilo longitudinale degli sciami Intervallo di rapidità accessibile

10 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Detector II Giappone/Italia Le fibre scintillanti sono sostituite da rivelatori al silicio con geometria tradizionale

11 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Perche i silici? Migliore precisione nella ricostruzone del punto di impatto dei fotoni Migliore selezione di eventi puri (1 ) Migliore ricostruzione della massa del 0 (calibrazione in energia!) Contenimento trasversale degli sciami

12 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf SIMULAZIONE DEL CALORIMETRO Due simulazioni indipendenti: a) programma custom (Giappone) b) Fluka (Firenze) Silici!!! Cross check dei risultati!

13 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf DISCRIMINAZIONE DI PARTICELLE

14 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Profilo longitudinale degli sciami (γ/n) Fluka

15 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Simulazioni: ricostruzione dellenergia dei e risoluzione 2 mm dal bordo: perdita 15% di energia (correggibile!) Fluka Custom

16 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Rivelazione dei 2 fotoni del decadimento del 0

17 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Fluka

18 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Fluka Dinamica 400 MIP Chip PACE3 (CMS) 100 MIP 200 MIP

19 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Fluka

20 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Il prototipo del calorimetro PIANI DI FIBRE SCINTILLANTI PIANI DI SCINTILLATORE IL SISTEMA COMPLESSIVO

21 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf LHCf - schedule ESPERIMENTO APPROVATO DA Ministery of Education IN GIAPPONE nellambito dello studio dei RC di altissima energia (TA) ESPERIMENTO APPROVATO DA Ministery of Education IN GIAPPONE nellambito dello studio dei RC di altissima energia (TA) 4 MAGGIO 2004: LETTER OF INTENT a LHC Committee(LHCC) 4 MAGGIO 2004: LETTER OF INTENT a LHC Committee (LHCC) ESPERIMENTO APPROVATO DA LHCC ESPERIMENTO APPROVATO DA LHCC RICHIESTI DA LHCC: RICHIESTI DA LHCC: 1) BEAM TEST per lo studio della risoluzione energetica del rivelatore (definizione della regione fiduciale) 2) simulazione per lo STUDIO DEI FONDI di macchina 3) TECHNICAL DESIGN dellapparato completo TEST AL CERN (SPS) EFFETTUATO IN LUGLIO/AGOSTO 2004 (misurata la risoluzione in energia per elettroni fino a 200 GeV; misurati inoltre adroni e muoni) TEST AL CERN (SPS) EFFETTUATO IN LUGLIO/AGOSTO 2004 (misurata la risoluzione in energia per elettroni fino a 200 GeV; misurati inoltre adroni e muoni)

22 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Il possibile contributo di Firenze Simulazione con Fluka 3 doppi layers di silicio 1 doppio layer davanti al calorimetro Chips di preamplificazione (PACE3?) Elettronica di conversione e readout Elettronica di DAQ Contributo a ADC VME (Scintillatori) Contributo a Power Supply System

23 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf

24 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf

25 Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf Conclusioni Settembre: LHCC Settembre: Commissione 1 INFN 2006: costruzione dei 2 detectors e test su fascio 2007: presa dati a LHC!!!!


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