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Gruppo II Attività 2013 Esperimenti in corso: CTA R. L. & N.: A. De Angelis FERMI R. L.: F. Longo GAMMA-400 R. L. & N.: V. Bonvicini KWISPR. L. & N.: G.

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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-400 R. L. & N.: V. Bonvicini KWISPR. L. & N.: G. Cantatore MAGICR. 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 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…5 o FoV ~2500 pixels ~ 0.1 o Medium energy About twenty 12 m (MST) telescopes 6…8 o FoV ~1500 pixels ~ 0.18 o High energy Fifty+ 4…7 m (SST) telescopes 8…10 o FoV ~1500…2000 pixels ~ 0.2 o …0.3 o

3 Partecipazione INFN: obiettivi principali dellR&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 1.Coordinamento generale INFN (De Angelis) 2.Sviluppo sito test per sensori (Pauletta, Stella e 1 laureando De Angelis) 3.Simulazione (Longo, Bissaldi, De Lotto) 4.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 interface picoammeter bias digitization SiPMs frontend SiPMs interface

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 June 11, th 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. Fermi Status (abridged from Fermis mission scientist report)

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9 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) Fermi – TS/Ud – composizione del gruppo Percentuali preliminari da confermare!

10 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) Richieste Finanziarie - Preliminare

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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 (10 14 – 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 m 2, 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 C/ T CC1 CC2 CC1 Electronics Original Russian proposal (2011) Jointly agreed Russian-Italian proposal (2013)

14 Gamma-400 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 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 allestero, 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.

15 MAGIC telescopes: stato, risultati, preventivi 2014 Consiglio di Sezione TS – 11 luglio 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 B. De Lotto 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

16 Partecipanti e richieste finanziarie De Angelis A.PO 40 Celotti A.PO 50 Persic M.PA 60 De Lotto B. RU 80 Longo F.RU 20 AnsoldiS.RU 40 Franco G.TECN. 100 Palatiello M.dottorando100 Biasuzzi B.dottoranda100 Cerchiara P.L. dottorando 50 Roberto V.PO100 ==== TOT(FTE) 7.4 CapitolokEuro ==================== Missioni 44.0 Inventariabile 12.0 Consumi 4.0 Common Funds 50.0 (per tutte le sezioni) Altri servizi 12.0 (noleggio auto a La Palma) 16 (preliminare) Non sono previste richieste di utilizzo dellofficina meccanica e/o elettronica della sezione. B. De Lotto

17 Stato attuale Punti – dato sperimentale Linee - simulazione Set-up di misura Curva di risonanza parametrica 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 R A < 1 Lapproccio con il semiconduttore irraggiato è quindi scartato. MIR: proposta sperimentale per la misura delleffetto Casimir dinamico

18 Sostituzione del semiconduttore con diodo variabile (varicap) Una seconda opzione studiata è stata lutilizzo di un diodo a capacità variabile, pilotabile direttamente tramite una sorgente a radiofrequenza. Cavity front plate varicap Il sistema funziona: misurato lo spettro del rumore termico di singolo modo a temperatura ambiente Istogramma dei tempi di misura per spettro termico: misura e simulazione T = 298 K

19 Misure in corso e prossimi sviluppi Studiare lEffetto 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 Ricercatori MIR-TS F. Della Valle 50% Richieste MIR-TS per Commissione II 12 kEuro Missioni a LNL Sezioni Partecipanti allesperimento MIR LNL (sede dellesperimento), PD, PV, TS, Roma1 Resp. Nazionale G. Carugno (PD) Attività nel 2014 Studio del sistema di amplificazione parametrica con Varicap a temperature criogeniche (fino a 2 K) con lobbiettivo di identificare il contributo dellenergia di punto zero

21 PVLAS Esperimento per la misura della birifrangenza magnetica del vuoto prevista in QED Lesperimento 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) Il set-up è stato da poco completato presso la sezione di Ferrara. Nei prossimi mesi si eseguirà lottimizzazione e messa a punto dellapparato. Nel 2014 si prevedono run di misura e installazione di eventuali migliorie. (Nuovi motori, nuove camere da vuoto) 1 metro

22 Componenti gruppo PVLAS-TS F. Della Valle 50% E. Milotti 50% Richieste PVLAS-TS per Commissione II 18 kEuro Missioni Sezioni Partecipanti allesperimento PVLAS FE, LNL, TS Resp. Nazionale G. Zavattini (FE) 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 allellissometro. 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 O. Adriani et al., ApJ 765 (2013) 91; M. S. Potgieter et al., to appear in Solar PhysicsarXiv: The PAMELA proton spectra over four months compared with the computed spectra Evolution of the proton energy spectrum from July 2006 to Deember 2009

27 WIZARD – PAMELA 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 Responsabile Nazionale e Locale: M. Boezio Sezioni partecipanti: BA, FI, NA, RM2, TS Richieste finanziarie (preliminare) Missioni 25 k (Riunioni e coordinamento dellanalisi in Italia ed allestero) Consumo 3 k (Metabolismo) Inventariabile 5 k (Sostituzione hardware obsoleto nella farm di sezione) Tot. 33 k

28 MissioniCons./Trasp.Invent.Man.Totalek CTA FERMi GAMMA KWISP MAGIC44 4 (+12) * MIR.DTZ PVLAS.DTZ WIZARD Totale Gruppo II Preventivi 2014 Tot. Ass. 2013: 240 k * 50 k Common Funds

29 Gruppo II Ricercatori & Servizi 2013 Ric.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 (5) 1.2 (2) 68 KWISP 1 (2) -21 MAGIC 4.9 (8) 2.5 (3) -- MIR.DTZ 0.5 (1) --- PVLAS.DTZ 1 (2) --- WIZARD 0.9 (2) 2.8 (3) (23) 10,6 (11) 810 Anagrafica 2013: Ricercatori: 32, FTE: 19,97

30 Spare Slides

31 Design: 23 m Large Telescopes optimized for the range below 200 GeV Carbon-fibre structure 400 m 2 dish area 1.5 m sandwich mirror facets On (GRB) target in < 20 sec m focal length 4.5 o field of view 0.1 o pixels

32 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 Design: Small 4-6 m Telescopes cover the range above few TeV across 10 km 2 One of four options for telescope structure Multi-Anode PMT camera option

33 Attività dei gruppi espressa in CTA WP

34 interface picoammeter bias Frontend snd digitization SiPMs interface For dynamic bench test laser Calibrate d Monitor Calibrate d Monitor Integrating sphere + attenuators Quartz fiber Climate control box 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 lottica viene integrata di monocromatore

35 MIR: proposta sperimentale per la misura delleffetto 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 n r ~ 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 n r Saranno prodotti fotoni dal vuoto e misurati dallantenna tramite un ricevitore ultra sensibile. Cavità reale smontata

36 Misure in corso e prossimi sviluppi Studiare lEffetto 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 PAMELA protons flux Marzo 2012: due eventi solari 17 maggio 2012: evento solare magneticamente connesso con la terra 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

38 Summary of PAMELA results


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