Post on 26-Sep-2020
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Pierre Auger Observatory
INTRODUZIONE (gli UHECR)
IL PROGETTO AUGER (un rivelatore ibrido)
IL RIVELATORE DI FLUORESCENZA
(test sull’elettronica di front-end)
IL PROTOTIPO: PRIMI DATI (e prima analisi)
CONCLUSIONI
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Pierre Auger Observatory
Raggi cosmici:il flusso
UHECREP=1019eV →
1/km2-annoEP=1020eV →
1/km2-secolo
STATISTICA COMPLESSIVA:
40 ANNI→12 eventi a 1020 eV
FUTURO (AUGER) →→ 45 eventi/anno per sito
γ−= EdE
)E(dN
Approssimato da una legge di potenza:
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Pierre Auger Observatory
50 Mpc
Greisen-Zatsepin-Kuz’min
(GZK) cut-off
Fotoproduzione
p + γ → πo+ p
→ π++ n
UHECR:spettro e propagazione
3.2×10 20eV
SORGENTI VICINE?
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Pierre Auger Observatory
AUMENTARE LA STATISTICA
AMPIA APERTURA → Due Osservatori 3000 km2 ciascuno
COPERTURA CELESTE TOTALE (Emisfero Sud ed Emisfero Nord)
Completamento previsto nel 2004(20 anni di operazione)
• Spettro di Energia• Composizione • Direzione
Il Progetto Pierre Auger:
Studio dei raggi cosmici di energia ultra-elevata (E >1019eV)
Collaborazione internazionale 250 ricercatori di 53 Istituti in 13 Paesi
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Pierre Auger Observatory
Il rivelatore ibrido:• alta risoluzione• misure indipendenti • calibrazione incrociata
FLUORESCENZA:sviluppo del profilo longitudinale5 rivelatori con 6telescopi ciascuno FOV di 30o x 30o
SUPERFICIE:tempo di arrivo del fronte dello sciame1600 rivelatori Cherenkov ad acqua d =1.5 km
Misure indirette: sciami atmosferici
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo:lo stato attuale
FLUORESCENZA:I prototipo operativo
440 fototubi FOV = 30°× 30°
II prototipo installato
SUPERFICIE:Engineering Array40 rivelatori Cherenkov ad acqua installati
Area = 10 m2
Profondità = 1.2 m
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo del rivelatore di fluorescenza
OTTICA:apertura 2.2 mfocale 1.74 mfiltro UV (Mug-6 355nm)
CAMERA:dimensioni 90×80 cm440 fototubi (matrice 22×20)collettori di luce (mercedes)
SPECCHI:lato 3.80 mriflettanza 90%
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo:lo stato attuale
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo del rivelatore di fluorescenza:
elettronica di front-end
IPD2
SPECCHIO DI CORRENTE OTTICAMENTE ACCOPPIATO
HEAD ELECTRONICS:
• Polarizzazione PMT
• driver differenziale del segnale
• input sistema di Test-Pulse
• sistema di monitoraggio della corrente anodica
(Current Monitor) luminosità di fondocielo puntamento assoluto dei pixel condizioni atmosferiche
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo del rivelatore di fluorescenza:
elettronica di front-end
TEST DI ACCETTAZIONE (1000 unità):• identificazione
• test sulla funzionalità
• test alta tensione
• calibrazione e azzeramento del circuito
• database e analisi statistica
RISULTATI:dispersione dei parametri entro il 3%
problemi individuati e risolti
TEST DI BURN-IN:• sottoporre le unità a stress accelerando l’invecchiamento
• monitorare la mortalità infantile
RISULTATI:verificata l’affidabilità del sistema (mortalità nulla)
registrate variazioni contenute dei parametri operativi
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Pierre Auger Observatory
Head electronics:le prestazioni
V out pedestal drift (V)
(HV-on)
1.60
1.65
1.70
1.75
1.80
1.85
1.90
1.95
2.00
25°C 40°C 60°C 25°C
HE 35/00 01/01
I(-6) mA
I(+6)mA
Vout V
anode sens.
mV/µA
cathode sens. mV/pe/100ns
G10E4
Eq Rgrid KΩ
R18
KΩ
media 11.4 34.1 1.91 60.67 0.97 26.03 268
stdev 0.45 1.12 0.03 1.67 0.03 0.81
σ% 3.89 3.29 1.44 2.75 2.75 3.13
max 12.4 38.9 1.98 64.95 1.04 27.93 680
min 9.75 31.1 1.78 57.93 0.93 24.11 140
BURN-IN
TEST ACCETTAZIONE
drift totale: 141mV ~ 5%
in direzione corretta
bassa dispersione dei parametri operativi
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo:primi dati
MISURE DI CALIBRAZIONE (ELETTRONICA ED OTTICA)
laser-dome
patterns e test pulse
PRESA DATI (CURRENT MONITOR)
fondocielo
aberrazione
star-tracking
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Pierre Auger Observatory
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NE
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Il prototipo del rivelatore di fluorescenza:
misure di fondocielo
SKY MAP:confronto time stampmagnitudine visualeclasse spettrale e indice di colore u -v
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo del rivelatore di fluorescenza:
misure di fondocielo
STAR TRACKING CON IL CURRENT MONITOR:durata misure 1h 04minintervallo misure 20 s
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo del rivelatore di fluorescenza:
misure di fondocielo
10 min 17Vul13VulµA
µAStella: Alpha Lyræ vmag: 0class: A0colour index (u-v): 0
Stelle: 13Vul, 17Vulvmag: 4.58, 5.06classe: B9, B3colour index (u-v): -0.14, -0.67
0.1 µA → 1.5 pe/100ns
3.7 µA → 56 pe/100ns
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo del rivelatore di fluorescenza:
misure di fondocielo
MISURA SPOT VEGA:
δ°
⋅∆Ω≅cos
/st
240
Base 32 time slices → 2.07°± 0.06Top 15 time slices → 0.97°± 0.06
declinazione Vega δ =39°
2°
1°
MISURA CORRENTE DI FONDOCIELO:
count/nA.mVAmV
410612
164316
=µ
⋅
SKY-DARK=1803 counts → 739 nA ~ 9 pe/100ns
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo del rivelatore di fluorescenza:
misure di calibrazione
durata impulso 7 µs (1µs/div)
diametro 2.5 mprofondità 1.25 mled UV 375±12 nmimpulsi 0.5÷7µs
DOME
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Pierre Auger Observatory
Il prototipo del rivelatore di fluorescenza:
misure di calibrazione
energia 81µJ ÷ 6.3mJdistanza 2.6 km 22.4 km 26.8 kmdiversi angoli zenitale e azimutale
LASER
durata traccia 17µs (1µs/div)durata impulso in ogni pixel ~1.1µs
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Pierre Auger Observatory
Traccia laser:ricostruzione
Parametri Ricostruzione Reale
SDP Theta (gradi) 130.44 ± 0.14 130.51
SDP Phi (gradi) 86.04 ± 0.06 85.96
Dist core (km) 22.4 ± 1.1 22.14
Phi core -3.96 ± 0.06 -4.04
χo (gradi) 40.0 ± 5.2 40.8
Rp (km) 14.4 ± 0.7 14.5
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Pierre Auger Observatory
Il primo eventodi ~1018eV
Ep (eV) R (km) T (µs) S/N
1019 25 1.125 7.2
20 0.900 19.4
10 0.500 168
1020 25 1.125 72
20 0.900 194
10 0.500 1680
STIMA ENERGIA
EP ~ 3×1018eV
CORE=12.8 kmθ =45.5°S/N=37
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Pierre Auger Observatory
CONCLUSIONI
Elettronica di front-end:
⇒ si è dimostrata precisa, uniforme ed affidabile
Prototipo (funzionalità e sensibilità):
⇒ registrati eventi laser e i primi sciami
Analisi dei primi dati:
⇒ star tracking e ricostruzione degli eventi
FUTURO → Engineering array e secondo prototipo:
calibrazione incrociata
primi eventi ibridi