Tecniche di conteggio di particelle/fotoni rivelatore contatore sorgente Il rapporto segnale rumore è: Ma se consideriamo più in dettaglio, dobbiamo tenere conto della possibile presenza di fondo (background), e quindi:

Analizzando più in dettaglio, occorre tenere conto di: rumore del segnale ( conteggio + rumore della sorgente ( instabilità)) fondo ( ambiente+rivelatore ( conteggi di buio)+ elettronica) rumore del fondo Occorre misurare il background, ad esempio facendo alternativamente misure con il rivelatore esposto al segnale +fondo e solo al fondo Ipotesi fondamentale: il background rimane costante durante tutte le misure!!

Metodo alternativo: uso di due rivelatori ( uguali!??) uno esposto al segnale + fondo e l’altro solo al fondo Ipotesi fondamentale: il contributo al fondo ed al rumore dei due rivelatori è trascurabile o almeno è uguale.

In moti casi, per la riduzione degli eventi di fondo possono essere usate tecniche basate sulla correlazione temporale Un caso è quello delle Tecniche di coincidenza Esempi: - rivelazione di raggi cosmici con due rivelatori e conteggio degli eventi “simultanei” - Decadimento di particelle - Processi che producono almeno due particelle che possono essere rivelate - Processi che corrispondono alla emissione di una particella a seguito di una perturbazione quasi istantanea ( ad eccitazione per assorbimento di un fotone). Caso particolare che esamineremo nel seguito

Det C Counter Det Attenzione al concetto di simultaneità in effetti corrisponde al fatto che i due eventi avvengano entro un intervallo di tempo più piccolo di un tempo caratteristico dell’apparato (tempo minimo di sovrapposizione). Questo tempo dipende dalla durata dei segnali generati dai rivelatori, ma anche dalla risoluzione temporale dell’elettronica

Il «rate» delle coincidenze che vengono contate, dipende dall’efficienza del sistema di rivelazione ed è proporzionale al rate delle particelle incidenti. Il fondo è ovviamente abbattuto dalla bassa probabilità che due eventi di fondo si verifichino “simultaneamente” Ma occorre considerare la possibilità di coincidenze casuali: i due rivelatori possono contare particelle diverse o che provengono da processi diversi o contano eventi prodotti dal rumore : coincidenze causali

Sia τ la risoluzione temporale della coincidenza, υ1 la frequenza media di conteggio del rivelatore 1 , υ2 la frequenza media di conteggio del rivelatore 2 e T la durata della misura ( υ1 e υ2 sono entrambe proporzionali al rate delle particelle incidenti), il numero di coincidenze casuali nel tempo T risulta υ1xTx τ xυ2 quindi mentre il numero di coincidenze “vere” è proporzionale al rate delle particelle incidenti, il numero di coincidenze casuali è proporzionale al quadrato del rate delle particelle incidenti. In altre parole, oltre un certo limite puo’ risultare non conveniente aumentare l’intensità della sorgente o la efficienza di rivelazione.

Un altro tipo di correlazione temporale (più generale) Corrisponde alla rivelazione di singole particelle generate da un qualche processo strutturato nel tempo. Esempi: Misure di decadimento da stati eccitati (fluorescenza) Rivelazione ed identificazione di stati molecolari, nucleari ecc. TCSPC : Time correlated single photon counting

Coincidenze Ritardate Misure di vita media di stati eccitati: Coincidenze Ritardate

Alcune implementazioni

TCSPC -Principio Il segnale consiste di un treno di impulsi distribuiti random , corrispondenti alla rivelazione di singole particelle. In generale si applica in condizioni nelle quali la rivelazione di più di una particella/fotone in ciascun periodo è un evento raro. A seguito della rivelazione di molte particelle è possibile costruire l’istogramma dei tempi ai quali le particelle sono state rivelate

L’accuratezza della misura dei tempi Non è limitata dalla durata degli impulsi del rivelatore Tutte le particelle rivelate contribuiscono alla misura ( non ci sono perdite) La sensibilità è limitata essenzialmente dal conteggio di buio dei rivelatori

Timing dei segnali discriminatore Discriminatore a Frazione Costante (CFD)