Determinazione della velocità media dei muoni dai raggi cosmici Interesse fisico della misura Principio della misura Sistema sperimentale a. Rivelazione dei muoni b. Apparato sperimentale c. Logica di trigger e acquisizione d. Misure dei tempi e presa dati IV. Analisi dei dati a. Stima del tempo di volo b. Stima delle distanze c. Analisi su diverse distanze V. Piano di lavoro

I. Interesse fisico della misura Raggi cosmici primari sciame ± ~10 km suolo Strati alti atmosfera Osservazione al suolo dei muoni è paradossale dovrebbero disintegrarsi prima! La velocità dei muoni deve essere prossima a quella della luce!

ti tf L II. Principio della misura Misura di velocità dal tempo di volo (TOF) ti tf L misura concettualmente semplice c≈ 3.108m/s dunque per L~1 m→ Dt~3 ns! sistema “veloce” (rivelatore, elettronica, ecc..) tipica configurazione esperimento della fisica sub-nucleare: trigger, acquisizione dati , analisi off-line.

III. Sistema sperimentale a. Rivelazione dei muoni Rivelatore a scintillazione: una particella carica genera una luce scintillante in particolari cristalli fotomoltiplicatore Scintillatore guida di luce V t Per misure di tempo risoluzione ~ns (10-9 sec) Segnale analogico

b. Apparato sperimentale (Stazione dei raggi cosmici ATLAS) L~3m V t Dt~10 ns Piano 1 Piano 2 Due piani di scintillatori Strato di 20cm di ferro Geometria e rivelatori: superficie scintillatori ~ 1m2 distanza fra i piani L=(295±1)cm piani di camere a fili per misurare le tracce Piano di camere a fili

V t ANALOGICO STANDARD NIM: elaborazione logica con i segnali “0” “1” Discriminatore: crea un impulso NIM se segnale supera un valore di siglia Una volta ottenuti i segnali nello standard NIM si può implementare, con moduli elettronici dedicati, la logica di trigger e la procedura di acquisizione (ritardi, start clock, veto, busy, ecc…) Signal d’entrée et signal créé par le discriminateur

Delayed to DAQ trigger c. Logica di trigger e di acquisizione “ALTO” “BASSO” Delayed to DAQ “ALTO” “BASSO” TRIGGER trigger Grazie a un TDC si salvano su PC i tempi di passaggio rispetto al trigger

d. Misura dei tempi e presa dati X1 t1h t2h t1b t2b T1 T 2 X2 D ± Indipendente dalla posizione di passaggio della particella!! NIM mean timer <X>≈ 17,4ns

IV. Analisi dei dati b. Stima della distanza effettiva a. Stima del tempo di volo (correzioni per noise, ecc…) Usando la distribuzione angolare dei raggi cosmici: Metodo sperimentale, misurando la distanza percorsa dalle tracce con delle camere a fili. Si deve correggere la misura del tempo di volo DTvol per il ritardo T* dovuto alla differenza di lunghezza fra i cavi alto–basso  grande incertezza ~1ns

c. Misurare a diverse distanze distanze Possibile differenza di risposta assoluta in tempo dei due scintillatori può provocare una differenza sistematica nei tempi difficile da correggere -> lavorare per sottrazione (almeno due distanze) stesso

V. Piano di lavoro Fenomenologia: dilatazione relativistica, raggi cosmici, produzione dei muoni, ecc… Tecniche sperimentali: scintillatori, fototubi, elettronica NIM, ecc… Set- up dell’apparato Presa dati ed analisi Inizio a gennaio 2014