Come fanno i ricercatori a vedere

le particelle?

Alessandro ScordoAISTAP Summer Camp 201311/07/2013 LNF, Frascati

Telescopi

Occhio umano

Microscopio

Acceleratori

Rivelatori di particelle

Energia Tempo RateCosa possiamo misurare e come?

Impulso (o energia???)

Posizione Tracce Massa (o energia???)Molteplicità

Proprietà elettroniche degli atomi

Tutti vogliono essere nobili!!!

L’acqua è un buon esempio….

Proprietà elettroniche dei materiali

Livelli atomici Bande molecolari

Che succede se qualche elettrone salta in banda di conduzione?

1)Drift: un campo elettrico può muovere questi elettroni promossi

2)Moltiplicazione: effetto quantistico che si innesta se il campo è sufficientemente intenso

3)Ricombinazione: se nessuno fa niente gli elettroni tornano a posto

Bello....come si usa???

I fisici devono essere svegli e intelligenti…

holes !!!

h+

h+

h+

h+

Particelle attraverso la materiaUna particella che attraversail 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

e+ + e- -> F -> K+ + K-

Calorimetro

Si misura l’energia cinetica delle particelle (anche neutre) dalla quale si può risalire ad altre proprietà

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

Energia cinetica relativistica

Massa a riposo

Fattore relativistico<< 1 nel caso classico

Impulso relativistico

Un caso reale: studiamo un evento

e+ + e- -> F K+

K-p

p-

g(p0) g

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)

e-

m-

p-

Ci manca un p0: calorimetro

p0 --> g + g

g(p0) g

V = Ri / Tcl

Ci manca un p0: calorimetro

M(p0) ~ 135 MeV/c2

Posizione dei verticip

p-

Inizio DCBeam Sphere (DAFNE)

Beam Pipe (DAFNE)

La quantizzazione in tasca…

SiPM : misuriamo un fotone

Ecco il segnale in uscita sull’oscilloscopio:

areadtiQ

tQi

iRV

t

ttot

1

0

Legge di Ohm

Definizione di corrente

Definizione di carica

b (time)

h (Volt Ω)

2hbQ

CsV

RtVQ

nstmVV

tot12

92

1051052

10251022

)525()520(

CAAQQ

AAQQ

preamp

tote

preampetot

195

12

det

det

103,1105105,7

105

E’ giusto? gli errori sono importanti…..

st

VV

tVVtARA

Qpreamp

e

9

3

2222

det

105

105

21

CQ

CQ

e

e

19

19

103,1

104,0

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

New physicists?

Questions?