Gruppo II Attività 2013 Esperimenti in corso:

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1 Gruppo II Attività 2013 Esperimenti in corso:
CTA R. L. & N.: A. De Angelis FERMI R. L.: F. Longo GAMMA R. L. & N.: V. Bonvicini KWISP R. L. & N.: G. Cantatore MAGIC R. L. & N.: B. De Lotto WIZARD R. L. & N.: M. Boezio Nelle dotazioni di gruppo: MIR R. L.: F. Della Valle PVLAS R. L.: F. Della Valle

2 About twenty 12 m (MST) telescopes Fifty+ 4…7 m (SST) telescopes
The Cherenkov Telescope Array concept: 2 sites (N/S) Site N: two types of telescopes, including LST Site S: all three types of telescopes Low energy Few 23 m (LST) telescopes 4…5o FoV ~2500 pixels ~ 0.1o Medium energy About twenty 12 m (MST) telescopes 6…8o FoV ~1500 pixels ~ 0.18o High energy Fifty+ 4…7 m (SST) telescopes 8…10o FoV ~1500…2000 pixels ~ 0.2o…0.3o

3 Partecipazione INFN: obiettivi principali dell’R&D
Fattibilità di una camera per SST con SiPM italiani (FBK) ed elettronica italiana (CAEN, SITAEL) Sensori “piccoli”: qualche mm Fattibilità di un cluster di SiPM da circa 2 cm per LST con SiPM italiani (FBK) ed elettronica italiana (CAEN, SITAEL) Fast processing “in camera” (GPUs? Eurotech, NVIDIA?) Monte Carlo Calibrazione atmosferica Sezioni INFN partecipanti: Bari, Napoli, Padova, Perugia, Pisa/Siena, Roma 2, Torino, Udine/Trieste

4 Dettaglio attivita’ Udine/Trieste
Coordinamento generale INFN (De Angelis) Sviluppo sito test per sensori (Pauletta, Stella e 1 laureando De Angelis) Simulazione (Longo, Bissaldi, De Lotto) Fisica (Longo, Bissaldi, De Lotto, Persic, Cerchiara, De Angelis) Persic è membro del SAPO e già physics coordinator di CTA

5 Plans for a test station:
For measurement of: (a) IV curves, (b) Dark Count (i.e. thermal noise), (c) cross talk and (d) afterpulsing picoammeter SiPMs bias SiPMs interface interface frontend digitization

6 Richieste Udine/Trieste
Missioni: 20 k€ Missioni responsabile nazionale (De Angelis) e membro SAPO CTA e Physics Board (Persic); altre missioni Consumo: 3 k€ Filtri,lenti e componenti ottici per stazione di test SiPM SiPM Excelitas Inventario: 9.5 k€ 3 Moduli N6736B DC power modules per sistema Agilent Technologies 500 euro/module Modulo linear fanin/fanout Testina U/V per laser a picosecondi picoquant PDL 800-B Power supply 1 mese officina elettronica Nota: a metà 2014 la proposta andrà in CTS

7 Fermi Status (abridged from Fermi’s mission scientist report)
June 11, 2013  5th anniversary of the Fermi launch. In the past five years, 1130 refereed papers have used Fermi data or results, with a cumulative 26,038 citations. The three most-cited are the LAT instrument paper, the first electron spectrum paper, and the first LAT source catalog. The spectacular work with Fermi has been noted by our peers in the science community. Scientists working with Fermi have received several prominent awards: the Rossi prize (twice!), the Panofsky prize and others We stand on the eve of 300 billion LAT event triggers. The LAT Instrument Science Operations Center have used 1200 CPU-years to process over 2 PB of data; an additional 1700 CPU-years have been devoted to Monte Carlo simulations to support understanding of the performance of the LAT and the LAT data. The ISOC has sent 1,789,794,674 events to the FSSC of which 268,324,179 are in the photon database. While collecting high quality science data, the spacecraft has spent 96% of its observing time in survey mode, 3% in pointed mode, and the remainder in maneuver mode. Fermi has made over 90 autonomous repoints, 31 nadir observations and 12 targeted observations Most importantly, over 100 students have written a PhD thesis based on Fermi data.

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9 Fermi – TS/Ud – composizione del gruppo
Longo Francesco 60% (UniTS) Piero Ullio 20% (SISSA) Gabrijela Zaharias 100% (ICTP) Guido Barbiellini 0% (Senior) Francesca Matteucci 50% (UniTS) Annalisa Celotti 20% (SISSA) Alessandro De Angelis 10% (UniUD) Massimo Persic 20% (INAF TS) Gianrossano Giannini 40% (UniTS) Elisabetta Bissaldi 50% (UniTS) Valentina Grieco 100% (UniTS) Rachele Desiante 100% (UniUD) Percentuali preliminari da confermare!

10 Richieste Finanziarie - Preliminare
Missioni : 49 k€ 4 meetings per 4gg per 4 persone Coordinamento del SW Riunioni di collaborazione in USA (3 meeting per 8gg per 2 persone) Riunioni Science Working Groups (analisi dati e simulazioni) Partecipazione turni ISOC (1 mu +viaggi) Consumo: 6 k€ Metabolismo, Manutenzione Farm Manutenzione: 2.5 k€ Licenza SW IDL Inventariabile: 12 k€ Sostituzione 4 macchine nella farm di sezione in GRID (da 250 a 360 HS06)

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12 GAMMA-400: steps in 2012/13 Definition through MC simulations of the best configuration for a dual instrument for photons (30 MeV - > 300 GeV) and cosmic rays (electrons > 1 TeV and high-energy cosmic-ray nuclei, p and He spectra close to the “knee” region (1014 – 1015 eV); Test beam of a prototype of homogeneous calorimeter with 130 CsI(Tl) cubic crystals Agreement on a jointly defined apparatus that, taking into account the currently available resources, optimizes the scientific performance; Agreement on the preparation (in progress) of a MoU between Russian Agencies and INFN for the funding (with Russian money) of the design and construction of the Converter/Tracker by INFN (Trieste will lead this effort): Preliminary estimated C/T cost  10 M€ 10 planes (20 views, 10X and 10Y), planar dimensions  1 m2, 2000 silicon strip detectors Preparation of a GAMMA-400 Technical Design Report for CSN 2; After these 2 years of R&D, the Collaboration will ask for a scientific approval

13 GAMMA-400 Original Russian proposal (2011)
C/T C/T CC1 CC1 CC2 CC2 Electronics Electronics Original Russian proposal (2011) Jointly agreed Russian-Italian proposal (2013)

14 Gamma-400 Richieste finanziarie e di servizi Partecipanti e FTE:
Responsabile Nazionale e Locale: V. Bonvicini Sezioni partecipanti: FI, PI, PV, RM2, TS Richieste finanziarie e di servizi Missioni 18 k€ (riunioni di collaborazione in Italia e all’estero, contatti con le industrie, test beams) Cons. 8 k€ (Circuiti stampati, cavi e componenti per test dei "baby" detectors di FBK e di prototipi di ASICs, prototipaggi vari sul tracciatore da farsi nel 2014.) Trasporti 2 k€ (Trasporto di materiale (prototipi di ladders e jig relativi) da/per G&A Engineering (AQ)). Tot. 28 k€ Servizi: 6 m.u. off. meccanica, 8 m.u. lab. el. & riv. Partecipanti e FTE: Boezio Mirko (I Ric) 30 Bonvicini Valter (I Ric) 70 Cumani Paolo (Dott.) 100 Gregorio Anna (RU) 50 Mocchiutti Emiliano (Ric. TD) 20 Vacchi Andrea (DR) 10 Vallazza Erik (I Tecn) 20 Ricercatori: 7, FTE: 3

15 stato, risultati, preventivi 2014
15 MAGIC telescopes: stato, risultati, preventivi 2014 Upgrade: successfully completed in November 2012: New M-I camera Both telescopes readout by 2 Gsample/s DRS4 chips Fully automatic Sum-Trigger will be implemented in Sept.2013 Performance: never as good as it is now Results: Important INFN contribution will come for SIF Congress in Trieste, stay tuned! Despite the fact that in the last 2 years MAGIC was under upgrade for about 1.5 years long, we presented 15 oral presentations and 23 posters at the ICRC Conference B. De Lotto Consiglio di Sezione TS – 11 luglio 2013

16 Partecipanti e richieste finanziarie
16 (preliminare) De Angelis A. PO Celotti A. PO 50 Persic M. PA De Lotto B. RU 80 Longo F. RU Ansoldi S. RU Franco G. TECN Palatiello M. dottorando 100 Biasuzzi B. dottoranda 100 Cerchiara P.L dottorando Roberto V. PO 100 ==== TOT (FTE) Capitolo kEuro ==================== Missioni Inventariabile Consumi Common Funds (per tutte le sezioni) Altri servizi (noleggio auto a La Palma) Non sono previste richieste di utilizzo dell’officina meccanica e/o elettronica della sezione. B. De Lotto

17 Stato attuale Set-up di misura
MIR: proposta sperimentale per la misura dell’effetto Casimir dinamico Stato attuale Durante il 2012/13 si sono svolte altre misure di amplificazione parametrica con 5 diversi tipi di semiconduttori aventi tempi di ricombinazione tra 5 ps e 40 ps e con cavità precaricata In tutti i casi si è trovato che la dissipazione è maggiore del coefficiente di guadagno. Si osserva cioè risonanza parametrica ma senza incremento di segnale. I dati sono stati riprodotti sia tramite simulazione numerica sia mediante uso di formule analitiche Guadagno totale RA < 1 L’approccio con il semiconduttore irraggiato è quindi scartato. Curva di risonanza parametrica Punti – dato sperimentale Linee - simulazione

18 Sostituzione del semiconduttore con diodo variabile (varicap)
Una seconda opzione studiata è stata l’utilizzo di un diodo a capacità variabile, pilotabile direttamente tramite una sorgente a radiofrequenza. Cavity front plate Il sistema funziona: misurato lo spettro del rumore termico di singolo modo a temperatura ambiente varicap Istogramma dei tempi di misura per spettro termico: misura e simulazione T = 298 K

19 Misure in corso e prossimi sviluppi
Studiare l’Effetto Casimir dinamico significa studiare il risuonatore con un numero di fotoni termici prossimo a zero  bassa temperatura Prime misure con varicap a bassa temperatura Prossime attività 2013: - controllare sorgenti di rumore - aumentare statistica - ridurre la temperatura sotto 7 K

20 Sezioni Partecipanti all’esperimento MIR
LNL (sede dell’esperimento), PD, PV, TS, Roma1 Resp. Nazionale G. Carugno (PD) Ricercatori MIR-TS F. Della Valle 50% Richieste MIR-TS per Commissione II 12 kEuro Missioni a LNL Attività nel 2014 Studio del sistema di amplificazione parametrica con Varicap a temperature criogeniche (fino a 2 K) con l’obbiettivo di identificare il contributo dell’energia di punto zero

21 PVLAS Esperimento per la misura della birifrangenza magnetica del vuoto prevista in QED L’esperimento è basato su un ellissometro molto sensibile, dotato di una cavità ottica Fabry Perot ad alta finezza (F > ) in vuoto, e accoppiato ad un sistema di due magneti permanenti rotanti (frequenza di rotazione > 4 Hz) 1 metro Il set-up è stato da poco completato presso la sezione di Ferrara. Nei prossimi mesi si eseguirà l’ottimizzazione e messa a punto dell’apparato. Nel 2014 si prevedono run di misura e installazione di eventuali migliorie. (Nuovi motori, nuove camere da vuoto)

22 Sezioni Partecipanti all’esperimento PVLAS
FE, LNL, TS Resp. Nazionale G. Zavattini (FE) Componenti gruppo PVLAS-TS F. Della Valle 50% E. Milotti 50% Richieste PVLAS-TS per Commissione II 18 kEuro Missioni Attività del gruppo PVLAS - TS per il 2014 Missioni a Ferrara per presa dati Completamento e messa a punto del sistema rotante idraulico

23 Sistema di rotazione oleodinamico (LNL)
Con questo sistema si realizza una rotazione dei magneti priva di rumore elettromagnetico in vicinanza all’ellissometro. E` necessaria stabilizzazione di fase della rotazione Segnale di riferimento comparato con rotazione del magnete

24 Stato PAMELA Il 15 giugno sono stati 7 anni di PAMELA in orbita.
Vista notorietà della missione in Russia, è stato ufficialmente confermato da parte russa il proseguimento della missione per altri tre anni ( ) ovvero fino a fallimento funzionalità del satellite. Trasmissione dati a terra ~16 GB/giorno, di cui ~10 GB/giorno (~25 Hz trigger rate) di dati nuovi. Dati raw disponibili ~40 TB.

25 Cosmic-ray Positron Results
O. Adriani et al., Submitted to Physical Review Letters.

26 Time Dependance of the Proton Flux
Evolution of the proton energy spectrum from July 2006 to Deember 2009 The PAMELA proton spectra over four months compared with the computed spectra O. Adriani et al., ApJ 765 (2013) 91; M. S. Potgieter et al., to appear in Solar PhysicsarXiv:

27 WIZARD – PAMELA Richieste finanziarie (preliminare)
Responsabile Nazionale e Locale: M. Boezio Sezioni partecipanti: BA, FI, NA, RM2, TS Richieste finanziarie (preliminare) Missioni 25 k€ (Riunioni e coordinamento dell’analisi in Italia ed all’estero) Consumo 3 k€ (Metabolismo) Inventariabile 5 k€ (Sostituzione hardware obsoleto nella farm di sezione) Tot. 33 k€ Partecipanti e FTE: Boezio Mirko (I Ric) 70 Gregorio Anna (RU) 20 Formato Valerio (Dott.) 100 Mocchiutti Emiliano (Ric. TD) 80 Munini Riccardo (Dott.) 100 Ricercatori: 5, FTE: 3.7

28 Gruppo II Preventivi 2014 Missioni Cons./ Trasp. Invent. Man. Totale
k€ CTA 20 3 9.5 - 32.5 FERMi 49 6 12 2.5 69.5 GAMMA-400 18 10 28 KWISP 4 13 MAGIC 44 4 (+12) * 72 MIR.DTZ PVLAS.DTZ WIZARD 25 5 33 189 42.5 278 * 50 k€ Common Funds Tot. Ass. 2013: 240 k€

29 Gruppo II Ricercatori & Servizi 2013
strutturati Ric. non strutturati Mecc., m.u. El., Riv. & A. Tec., m.u. CTA 1.3 (5) 2 (3) - 1 FERMI 3.2 (9) 2.5 (3) GAMMA-400 1.8 (5) 1.2 (2) 6 8 KWISP 1 (2) 2 MAGIC 4.9 (8) MIR.DTZ 0.5 (1) PVLAS.DTZ WIZARD 0.9 (2) 2.8 (3) 14.6 (23) 10,6 (11) 10 Anagrafica 2013: Ricercatori: 32, FTE: 19,97

30 Spare Slides

31 Design: 23 m Large Telescopes optimized for the range below 200 GeV
27.8 m focal length 4.5o field of view 0.1o pixels 400 m2 dish area 1.5 m sandwich mirror facets On (GRB) target in < 20 sec. Carbon-fibre structure

32 Design: Small 4-6 m Telescopes cover the range above few TeV across 10 km2
One of four options for telescope structure Multi-Anode PMT camera option Under study: dual-mirror optics with compact photo sensor arrays single-mirror optics PMT-based and silicon-based sensors ➜ Not yet conclusive which solution is most cost-effective

33 Attività dei gruppi espressa in CTA WP

34 Frontend snd digitization
For “dynamic” bench test Integrating sphere + attenuators Climate control box Quartz fiber picoammeter laser bias SiPMs interface interface Frontend snd digitization Calibrated Monitor Per studi di temporizzazione si usa il laser a picosecondi e ’elettronica di frontend viene integrata di apposita elettronica ORTEC Per misure di PDE, si usano diverse sorgenti di luce e l’ottica viene integrata di monocromatore

35 MIR: proposta sperimentale per la misura dell’effetto Casimir dinamico
STUDIO DEL VUOTO QUANTISTICO Questo esperimento studia la creazione di particelle dal vuoto ottenuta mediante accelerazione non uniforme di una parete riflettente in una cavità risonante a microonde. APPARATO SPERIMENTALE Uno strato di semiconduttore (spessore ~ 150 mm) è posto sulla parte finale di una rientranza di una cavità risonante ad alto Q (realizzata in rame o niobio). La frequenza propria nr~ 2.5 GHz. Usando luce laser modulata in ampiezza (frequenza f) il semiconduttore commuta da trasparente a riflettente, producendo così un moto efficace. Si ottiene amplificazione parametrica per: f = 2 nr Saranno prodotti fotoni dal vuoto e misurati dall’antenna tramite un ricevitore ultra sensibile. Cavità reale smontata

36 Misure in corso e prossimi sviluppi
Studiare l’Effetto Casimir dinamico significa studiare il risuonatore con un numero di fotoni termici prossimo a zero  bassa temperatura Energia del modo / Probabilità Prime misure con varicap a bassa temperatura Energia di punto zero Prossime attività 2013: - controllare sorgenti di rumore - aumentare statistica - ridurre la temperatura sotto 7 K

37 Solar Physics Preliminary Marzo 2012: due eventi solari
PAMELA protons flux Dalla press release NASA del 31 maggio: “PAMELA recorded the incoming solar particles up in space, providing one of the first in-situ measurements of the stream of particles that initiated a GLE. Only the early data has been seen so far, but scientists have high hopes that as more observations are relayed down to Earth, they will be able to learn more about the May 17 onslaught of solar protons, and figure out why this event triggered a GLE when earlier bursts of solar protons in January and March, 2012 didn't.” Preliminary 17 maggio 2012: evento solare magneticamente connesso con la terra 37

38 Summary of PAMELA results