Come fanno i ricercatori a vedere le particelle?

Presentazione sul tema: "Come fanno i ricercatori a vedere le particelle?"— Transcript della presentazione:

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

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3 Telescopi

4 Occhio umano

5 Microscopio

6 Acceleratori

7 Rivelatori di particelle

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

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

10 Proprietà elettroniche dei materiali
Livelli atomici Bande molecolari

11 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

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

13 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)

14 Misure di energia: la formula di Bethe Bloch

15 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

16 Calorimetro: come funziona?
Fotoni Adroni

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

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

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

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

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

22 Ci manca un p0: Time of Flight (TOF)

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

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

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

26 La quantizzazione in tasca…

27 SiPM : misuriamo un fotone

28 Ecco il segnale in uscita sull’oscilloscopio:

29 Legge di Ohm Definizione di corrente Definizione di carica

30 b (time) h (Volt Ω)

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

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35 We got a signal... and now what?

36 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!

37 Analog – Digital conversion
Sampling Quantization

38 Analog – Digital conversion
channels

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

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

41 From analog signals to files and histograms: Data AQuisition methods

42 DAQ : Discriminators

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

44 DAQ : TDC (time to digital converter)

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

46 Questions? New physicists?