Come fanno i ricercatori a vedere le particelle? Alessandro Scordo AISTAP Summer Camp 2013 11/07/2013 LNF, Frascati

Telescopi

Occhio umano

Microscopio

Acceleratori

Rivelatori di particelle

Cosa possiamo misurare e come? Tempo Rate Impulso (o energia???) Energia Molteplicità Tracce Massa (o energia???) Posizione

Proprietà elettroniche degli atomi Tutti vogliono essere nobili!!! L’acqua è un buon esempio….

Proprietà elettroniche dei materiali Livelli atomici Bande molecolari

Bello....come si usa??? Che succede se qualche elettrone salta in banda di conduzione? Drift: un campo elettrico può muovere questi elettroni promossi Moltiplicazione: effetto quantistico che si innesta se il campo è sufficientemente intenso Ricombinazione: se nessuno fa niente gli elettroni tornano a posto

I fisici devono essere svegli e intelligenti… h+ h+ h+ h+ holes !!!

Particelle attraverso la materia Una particella che attraversa il rivelatore rilascia coppie e-h e- e h+ vengono raccolte all’anodo e al catodo (più velocemente possibile….) Grazie ad un campo elettrico si crea una corrente che sarà proporzionale al numero di cariche generate (a sua volta proporzionale all’energia rilasciata dalla particella)

Misure di energia: la formula di Bethe Bloch

Un caso reale: studiamo un evento in KLOE Calorimetro Si misura l’energia cinetica delle particelle (anche neutre) dalla quale si può risalire ad altre proprietà e+ + e- -> F -> K+ + K- Drift Chamber Si misura l’energia rilasciata dalle particelle (cariche) e si vedono le tracce; da questo si può risalire ad altre proprietà

Calorimetro: come funziona? Fotoni Adroni

Drift Chamber: come funziona? Possiamo ricostruire tracce, carica, velocità, impulso ed energia….come?

Qualche formuletta.... Energia totale relativistica Massa a riposo Impulso relativistico Fattore relativistico << 1 nel caso classico Energia cinetica relativistica

Un caso reale: studiamo un evento K+ e+ + e- -> F p g (p0) K- p-

Identifichiamo le particelle cariche: Drift Chamber Ecco i nostri protoni e pioni !!!

Identifichiamo le particelle cariche: calorimetro Ecco i nostri protoni e pioni !!!

Ci manca un p0: Time of Flight (TOF)

Ci manca un p0: calorimetro p0 --> g + g g (p0) V = Ri / Tcl

Ci manca un p0: calorimetro M(p0) ~ 135 MeV/c2

Posizione dei vertici p- p Inizio DC Beam Sphere (DAFNE) Beam Pipe (DAFNE)

La quantizzazione in tasca…

SiPM : misuriamo un fotone

Ecco il segnale in uscita sull’oscilloscopio:

Legge di Ohm Definizione di corrente Definizione di carica

b (time) h (Volt Ω)

gli errori sono importanti….. E’ giusto? gli errori sono importanti….. 30 % di errore per colpa del vostro occhio ( e non solo…)

We got a signal... and now what?

Analog – Digital conversion Digital signal; signal is a function of discrete numbers, F(N) Analog signal; signal is a function of continuous numbers, usually time, F(t) The world is analogic but Pc and analysis software can only work with digital informations….. Analog signal have to be converted to digital signals!

Analog – Digital conversion Sampling Quantization

Analog – Digital conversion channels

Analog – Digital conversion In this world….. ….this is poker !!!

Analog – Digital conversion Converting analog signals into digital signals, some information may be lost … but are they really necessary?

From analog signals to files and histograms: Data AQuisition methods

DAQ : Discriminators

DAQ : QDC (charge to digital converter) QDC values (integer numbers) Histograms

DAQ : TDC (time to digital converter)

DAQ : Scaler 4 events in 10 seconds Rate = 0,4 Hz

Questions? New physicists?