Tesi di Laurea Specialistica in Fisica Nucleare e Subnucleare Università degli Studi di Ferrara Tesi di Laurea Specialistica in Fisica Nucleare e Subnucleare “Design of the interlock system of a test-bench for silicon detectors” Relatore: Dr. Paolo Lenisa Laureanda: Greta Guidoboni Correlatore: Dr. Sergey Michirtytchiants Anno Accademico 2008-2009

Indice PERCHÉ polarizzare gli antiprotoni. COME polarizzare gli antiprotoni. Setup sperimentale per esperimenti di Spin-filtering. Sistema di interlock. Conclusioni 17 Luglio 2009

High Energy Storage Ring L = 1031cm-2s-1 Perché polarizzare gli antiprotoni? Accesso a fondamentali osservabili fisiche : trasversità fattori di forma del protone spettroscopia adronica 17 Luglio 2009

3 funzioni di distribuzione: Motivazioni fisiche: trasversità Al leading-twist order, la STRUTTURA di SPIN del protone è descritta da 3 funzioni di distribuzione: q(x) Δq(x) δq(x) Trasversità Elicità h1= Quark e protone Longitudinalmente polarizzati Quark e protone non polarizzati Quark e protone trasversalmente polarizzati Ben nota Nota Poco nota 17 Luglio 2009

Inclusive DIS Semi-inclusive DIS Drell-Yan funzione chirale dispari INVISIBILE in DIS perché interazioni Elettro-debole e forte conservano la chiralità! Trasversità Accoppiata ad un’altra funzione chirale dispari: Inclusive DIS Semi-inclusive DIS Drell-Yan h1q(x) × f. di Collins h1q(x) × h1q(x’) 17 Luglio 2009

q2<0 regione spacelike q2>0 regione timelike Motivazioni fisiche: fattori di forma FF di SACHS: GE distrib. spaziale di carica elettrica GM distrib. spaziale della magnetizzazione Funzioni ANALITICHE di q2 = 4-momento trasferito q2<0 regione spacelike FF = funzioni reali q2>0 regione timelike FF = funzioni complesse scattering annichilazione 17 Luglio 2009

Rosenbluth separation: Regione SPACELIKE Rosenbluth separation: 2 ɣ exchange ? Trasferimento di polarizzazione Regione TIMELIKE - PANDA: metodo della Rosenbluth separation misura di e - PAX: osservabili di correlazione di spin misura di , in maniera indipendente e della fase relativa fra loro test della Rosenbluth separation nella regione timelike test dei diversi modelli teorici 17 Luglio 2009

Favorisce la transizione in un verso rispetto ad un altro Come polarizzare gli antiprotoni Per un campione di particelle di spin ½ con proiezione +(↑) e – (↓) Spin-Flip Spin-Filtering Flip selettivo Perdita selettiva Favorisce la transizione in un verso rispetto ad un altro Seleziona uno stato più di un altro 17 Luglio 2009

Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FLIP? 17 Luglio 2009

D.Oellers et al., Physics Letters B 674 (2009) 269 Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FLIP? Misure di depolarizzazione a COSY e-Cooler Fascio di protoni e fascio di e- co-moventi Walcher et al. COSY 210-3 4107 depol (barn) 110-3 2107 -2107 -4107 D.Oellers et al., Physics Letters B 674 (2009) 269 no depolarizzazione (limite superiore = 107 barn) errore nel calcolo numerico dell’interazione 17 Luglio 2009 Relative velocity of electrons in proton rest frame (c)

Favorisce la transizione in un verso rispetto ad un altro Come polarizzare gli antiprotoni Per un campione di particelle di spin ½ con proiezione +(↑) e – (↓) Spin-Flip Spin-Filtering Flip selettivo Perdita selettiva Favorisce la transizione in un verso rispetto ad un altro Seleziona uno stato più di un altro 17 Luglio 2009

Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FILTERING! P polarizz. fascio Q polarizz. bersaglio k || direzione del fascio σtot = σ0 + σ1·P·Q + σ2·(P·k)(Q·k) Polar. TRASVERSA Polar. LONGITUDINALE: Fascio di protoni NON POLARIZZATO Fascio di protoni POLARIZZATO Bersaglio polarizzato 17 Luglio 2009

Come polarizzare gli antiprotoni: SPIN-FILTERING! 1992 esperimento FILTEX al TSR (Test Storage Ring, Heidelberg) F. Rathmann et al., PRL 71, 1379 (1993) P Spin filtering funziona per protoni Prossime misure Esperimenti con PROTONI a COSY (prossimo anno) Esperimenti con ANTIPROTONI ad AD (Antiproton Decelerator, CERN) Prima volta!! 17 Luglio 2009

Esperimenti di Spin-Filtering Sezione a basso β Bersaglio interno polarizzato Sistema di rivelazione Atomic Beam Source ABS Target chamber: Rivelatori + cella di accumulazione Polarimetro di Breit-Rabi (BRP) quadrupoli per sezione a basso β 17 Luglio 2009

Bobina per il campo di guida Esperimenti di Spin-Filtering Fascio atomico dall’ ABS Target chamber Bobina per il campo di guida y z x Rivelatori al silicio STT Fascio Cella di accumulazione: densità x 100 5μm di Teflon Lunghezza 400 mm Sezione 10x10 mm2 17 Luglio 2009

Esperimenti di Spin-Filtering lavorare in vuoto Risoluzione del vertice di 1mm da pochi MeV a decine di MeV identificazione particelle + misura dell’energia + tracciamento Sistema di rivelazione Lato p Sistema completo costituito da 36 Silici Lato n 97x97 mm2 , spessore 300 μm double-sided silicon strip sensor Kapton per elettronica di front-end Struttura a TELESCOPIO: STT Silicon Tracking Telescope 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock Preparazione: dispositivi informazioni = input e output procedure standard eventi anomali e reazioni logica Scopo: garantire condizioni di sicurezza evitare errori umani VACUUM interlock Installazione: banco di prova acceleratori COSY, AD e HESR Safe vacuum Safe atmosphere 2 parti: STT_opr STT interlock Funzioni: consentire ON/OFF dispositivi o Open/Close valvole monitoraggio dello STATO dei dispositivi e dei VALORI di pressione e temperatura Componente HARDWARE Componente SOFTWARE 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: STT Condizioni di lavoro STT pressione: in vuoto o in atmosfera raffreddamento rivelatori: - 20°C in vuoto, 20°C in atmosfera raffreddamento elettronica in vuoto: 10°C in vuoto, 20°C in atmosfera 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: STT Strumentazione Sistema di raffreddamento: termostato integrale (LAUDA) Sistema di alimentazione: Mpod crate Bias per i rivelatori Bassa tensione per l’elettronica Bias Bassa tensione 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: STT STT OFF Premere START Misura T ambiente Abilitazione LAUDA ON Subroutine: set e check T Abilitazione ELETTRONICA ON Abilitazione BIAS ON STT ON Sistema di Interlock: STT Procedura standard No “eventi anomali” Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore guida visiva con LED Accensione 1 LAUDA 2 Elettronica 3 Bias 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: STT STT ON Premere STOP Abilitazione ELETTRONICA OFF Abilitazione LAUDA OFF STT OFF Abilitazione BIAS OFF RISCALDAMENTO rivelatori ed elettronica Procedura standard No “eventi anomali” Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore guida visiva con LED Spegnimento 1 Bias 2 Elettronica 3 LAUDA 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: STT Eventi anomali Perdita della condizione di “Safe_Vac” o “Safe_Atm” Broken vacuum allarme da LAUDA_elettronica allarme da LAUDA_rivelatori malfunzionamento dell’ Mpod crate Perdita della connessione con il sistema di interlock Power failure Azioni Spegnere i dispositivi Iniziare la procedure di riscaldamento per i rivelatori e l’elettronica Bloccare qualsiasi operazione fino alla riconnessione con l’interlock 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: STT Schema della logica struttura a blocchi stato di un dispositivo = VETO per quello con priorità più bassa controllo remoto e/o manuale LAUDA el. LAUDA det EPS SIM (Software Interlock Monitoring) monitoraggio previsione di situazioni di pericolo e reazione BPS 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: Vacuum 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: Vacuum Safe Atmosphere Premere START V0 e V2 chiuse, V1 aperta Abilitazione TurboCube ON Safe Vacuum SV aperta P<10-5mbar Abilitazione IGP ON Sistema di Interlock: Vacuum Procedura standard No “eventi anomali” Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore guida visiva con LED Accensione Premere il pulsante “SafeVacuum” per confermare 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: Vacuum Safe Vacuum Premere STOP Abilitazione TurboCube OFF Safe Atmosphere P=Patm Abilitazione IGP ON Abilitazione IGP OFF Procedura di VENTING Procedura standard No “eventi anomali” Abilitazione dall’interlock seguita da operazione manuale dell’operatore guida visiva con LED Spegnimento Premere il pulsante “Safe Atmosphere” per confermare 17 Luglio 2009

Logica VACUUM interlock 17 Luglio 2009

Sistema di Interlock: Vacuum Eventi anomali Perdita nella camera da vuoto malfunzionamento dei misuratori di pressione Broken vacuum apertura/chiusura di valvole nel momento sbagliato Perdita della connessione con il sistema di interlock Power failure Azioni Chiudere la valvola di sicurezza. Bloccare qualsiasi operazione fino a che alla riconnessione con l’interlock. Avvisare l’operatore con LED o un segnale di allarme. 17 Luglio 2009

Conclusioni Lavoro svolto Definizione delle procedure standard Sistema di interlock per il banco di prova Definizione delle procedure standard Analisi degli eventi anomali e reazioni implementazione della logica per il VACUUM interlock Sviluppi futuri completamento della logica per STT interlock implementazione fisica dell’STT e del VACUUM interlock su una PLC

Fine In collaborazione con 17 Luglio 2009