Come fanno i ricercatori a vedere le particelle? Alessandro Scordo AISTAP Summer Camp 2013...
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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 Rate
Cosa 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 materia
Una 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 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:
areadtiQ
t
Qi
iRV
t
t
tot
1
0
Legge di Ohm
Definizione di corrente
Definizione di carica
b (time)
h (Volt Ω)
2
hbQ
C
sV
R
tVQ
nst
mVV
tot12
92
1051052
1025102
2
)525(
)520(
CAA
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
2
1
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?