U NIVERSITÀ DEGLI S TUDI DI R OMA “ T OR V ERGATA” Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali Corso di Laurea Triennale in Fisica Calibrazione ed analisi dati del monitor di carica per l’esperimento RAP presso la Beam Test Facility dei Laboratori Nazionali di Frascati U NIVERSITÀ DEGLI S TUDI DI R OMA “ T OR V ERGATA” Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali Corso di Laurea Triennale in Fisica Calibrazione ed analisi dati del monitor di carica per l’esperimento RAP presso la Beam Test Facility dei Laboratori Nazionali di Frascati

Perché l’esperimento RAP Nel 1997 sono stati osservati segnali dovuti al passaggio di raggi cosmici; l’interazione tra i raggi cosmici e l’antenna viene descritta dal modello Termoacustico Dal 1993 è in funzione ai LNF il rivelatore per onde gravitazionali Nautilus Verde: misure di NAUTILUS Nero: dati attesi per la componente adronica secondo il modello termoacustico Quando Nautilus ha lavorato in regime superconduttivo è stata riscontrata la presenza di fenomeni in cui l'energia rilevata dall'antenna appariva essere molto maggiore di quella attesa; al contrario, in regime non superconduttivo, la frequenza di eventi particolarmente energetici appariva in accordo con il valore teorico atteso

Una particella ionizzante attraversa un cilindro metallico rilascio di energia riscaldamento locale eccitazione dei modi vibrazionali Il modello termoacustico L’ampiezza dell’oscillazione del primo modo longitudinale è Verificato solo a temperatura T=300K Proporzionale al parametro di Grüneisen( γ ) Tiene conto di: a) correzioni dell’ordine O[(R/L) 2 ] b) Dimensioni finite dello spot del fascio

RAP:l’apparato sperimentale Rivelatori risonanti Il sistema di sospensione Il sistema criogenico I trasduttori Per i test è stato utilizzato il fascio di elettroni fornito dalla Beam Test Facility di DAΦNE

RAP:l’apparato sperimentale Antenna: cilindro diAl x18 cm, 35 Kg = K Due piezoelettrici ceramici Pz24 connessi in parallelo permettono di misurare l’ampiezza delle oscillazioni della barra dovute all’innalzamento locale della temperatura causato dal rilascio di energia da parte del fascio Antenna: cilindro di niobio 27x10 cm, 18 Kg = K Il sistema di sospensione, costituito da 7 filtri meccanici, permette di garantire un’attenuazione di -150dB in un intervallo di frequenza che va da 1.7 KHz a 6 KHz

RAP:l’apparato sperimentale Massima energia del fascio : 800 MeV e MeV e + Frequenza impulsi : fino a 50 Hz Durata impulsi : 1 – 10 ns Spread in energia : 1 % Particelle per impulso : fino a Criostato a elio liquido (+ refrigeratore a diluizione)

RAP:finalità Confrontare il valore dell’ampiezza delle oscillazioni del primo modo vibrazionale dei rivelatori B m con quello che ci si aspetta dal modello termoacustico B TH Verifica del modello termoacustico a T< 300K e in stato superconduttore Eventuali deviazioni dal modello in corrispondenza della transizione conduttore-superconduttore

Sommando il contributo energetico dovuto a ogni particella secondaria è possibile ottenere l’energia totale rilasciata da un elettrone alla barra La simulazione (GEANT) tiene conto:  della reale geometria del sistema, del materiale del criostato e del rivelatore  delle caratteristiche del fascio di elettroni disponibile alla Beam Test Facility (BTF) Simulazione Monte Carlo Distribuzione delle particelle secondarie per un e - di 510MeV che attraversa la barra di niobio.

Calibrazione ICT Quando il fascio attraversa l’Integrating Current Transformer (ICT) viene indotta una corrente proporzionale a quella del fascio tale che Attraverso la bobina di calibrazione è possibile indurre in modo “controllato” una corrente nell’ICT. Ciò simula quanto avviene con un bunch reale di elettroni

Calibrazione tramite oscilloscopio Configurazione utilizzata per la calibrazione tramite oscilloscopio Profili di un segnale in ingresso e il corrispondente segnale in uscita con le rispettive integrazioni. Le tracce continue corrispondono ai segnali integrati

Risultati della calibrazione tramite oscilloscopio  R diventa costante solo per segnali oltre i 150ns  Andamento indipendente dall’ampiezza del segnale s=0.61±0.10 b=9.98±0.08 k=0.0067± s=0.73±0.11 b=9.84±0.10 k=0.0098± s=0.53±0.13 b=9.98±0.13 k=0.0141±0.0086

Calibrazione tramite QDC Configurazione utilizzata per la calibrazione tramite QDC  Eseguita con l’elettronica utilizzata per l’esperimento RAP  Necessaria per evidenziare l’eventuale introduzione di rumore al segnale da parte degli apparati elettronici

Distribuzione dei conteggi QDC relativi a un segnale di ampiezza 1V, durata 30ns e tempo di salita 5ns Calibrazione tramite QDC Prima di iniziare la presa dati è stato determinato il piedistallo relativo ai canali del QDC utilizzati P in =573±6 P out =210±5 I =3042±8 O =441±5

Risultati della calibrazione tramite QDC Misura compatibile con il valore asintotico delle misure fatte con l’oscilloscopio R=10,6±0,3

Analisi dati RAP Schema del sistema di acquisizione dei dati relativi alla carica del fascio utilizzato durante l’esperimento RAP Q = Carica del bunch di elettroni D = Differenza tra i canali QDC di una singola misura e il relativo piedistallo R = Rapporto di trasformazione dell’ICT K = Fattore di conversione di carica del QDC S = fattore di riduzione del segnale dovuto allo splitter

Analisi dati RAP Piedistalloσ

REAL FUNCTION ele(ped,sped) […] REAL pQ,diff,sped,errpq,Z Z=0.008/2. IF((drh0-ped)>sped) THEN diff = (drh0-ped) ele= (diff)*100.*10.6*2./4096.*1e7/1.6 pQ = (diff)*100.*10.6*2./4096. errdiff = (1.+ (sped)**2)**0.5 errpq=(pQ)*((0.3/10.6)**2.+Z**2.+((errdiff)/(diff))**2.)**0.5 ELSE ele= -1 pQ = -1 ENDIF write (*,*) idnevt,ele,pQ,errpq,diff,errdiff END Analisi dati RAP OraCarica(pC)Errore(pC) ,52, ,52, ,82, , ,82, ,42, ,82, ,42, ,42, ,83, ,23, ,73, , ,63, ,24,3 OraCarica(pC)Errore(pC) ,64, ,74, ,34, ,45, ,46, ,36, ,15, ,76, ,15, , ,92, ,92, ,32, ,82, ,32,6

Analisi dati RAP  Nota la carica di un singolo bunch di elettroni è possibile risalire facilmente al numero N di e - da cui è composto  Grazie ai risultati del Monte Carlo è possibile allora trovare l’energia rilasciata alla barra da un singolo bunch A causa del comportamento calorimetrico della barra risonante, si ha

Conclusioni  L’errore relativo associato all’energia rilasciata alla barra da un singolo bunch è equivalente a quello della carica del bunch stesso e, di conseguenza, anch’esso ha come limite inferiore l’errore relativo con il quale si è determinato il rapporto R di trasformazione dell’ICT  In corrispondenza dei bunch con una carica maggiore di 60pC si sono ottenuti errori relativi al numero di elettroni incidenti ragionevolmente contenuti (3%-5%); per impulsi di carica inferiore l’errore raggiunge anche il 50%. Il 3% (ICT) rimane in ogni caso un limite inferiore per tale errore.

Conclusioni SC m (4.5K) = (SC) m (12.K) = (NC) m (81K) = (NC) m (275K) = (NC)

Conclusioni