COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) - RICERCATORI · 2002-07-15 · ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA...

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mp

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i

I III IV V

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEAREPreventivo per l'anno

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) - RICERCATORIComponenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

2003

CR

EA

M

GG

G

GLA

ST

MA

GIC

PV

LAS

VIR

GO

ICA

RU

S_D

TZ

Cognome e Nome

Qualifica

Dipendenti Incarichi

Ruolo Ricerca Assoc.

Affer. al

Gruppo

RICERCHE DEL GRUPPO IN % Percentuale impegno

in altri GruppiN.

AM

S0

Coordinatore:

Gruppo

2PISA

Struttura

Marco Grassi

Art. 23

1 Angelini Franco 2 20 80R.U.

2 Bagliesi M. Grazia (Siena) 2 100Dott.

3 Baldini Luca 2 100Dott.

4 Braccini Stefano Ric 2 100

5 Bradaschia Carlo D.R. 2 100

6 Bramanti Donato 2 100AsRic(1)7 Brez Alessandro I Ric 2 100

8 Busonero Deborah (Siena) 1002Dott.

9 Carusotto Salvatore 2 20 80P.A.

10 Cella Giancarlo 2 100AsRic

11 Cervelli Franco D.R. 501 50

12 Ciocci M. Agnese (Siena) 2 7030R.U.

13 Cohen-Tanugi Johann 2 100B.P.D.

14 Comandi Gianluca 2 100Dott.(1)15 Cornacchia F. 2 40Dott. 60

16 Di Falco Stefano 602 40AsRic

17 Di Virgilio Angela I Ric 2 20 80

18 Falchini Elisa 1002Dott.

19 Ferrante Isidoro 2 100R.U.

20 Fidecaro Francesco 2 100P.S.

21 Franzoso Alberto 1002Dott.

22 Giammanco Francesco 2 60P.A. 40

23 Giazotto Adalberto D.R. 2 100

24 Incagli Marco Ric 301 70

25 Kuss Michael 2 100Ric

26 Latronico Luca 2 100AsRic

27 Ligabue Franco 1 7030R.U.

28 Maestro Paolo (Siena) 702 30AsRic

29 Marrocchesi P.S. (Siena) 402 60P.S.

30 Marsili Paolo 2 100AsRic

31 Massai Marco M. 2 20 80R.U.

32 Mengali Giovanni 2 40P.A. 60(1)33 Meucci Mario (Siena) 2 50 50P.O.

34 Millucci Vincenzo (Siena) 2 100P.A.

35 Nobili Anna Maria 2 100P.A.(1)

INSERIRE I NOMINATIVI IN ORDINE ALFABETICO (N.B. NON VANNO INSERITI I LAUREANDI)

Ricercatori 7.7 4.9 4.8 9.2 4.1 1.6 12.3 0.6

(1) L'incarico di associazione verrà richiesto a seguitodell'approvazione del progetto.

Note:

Mod. G. 1

1) PER I DIPENDENTI: Indicare il profilo INFN2) PER GLI INCARICHI DI RICERCA: Indicare la Qualifica Universitaria (P.O, P.A, R.U) o Ente di appartenenza3) PER GLI INCARICHI DI ASSOCIAZIONE: Indicare la Qualifica Universitaria o Ente di appartenenza per Dipendenti altri Enti;

Bors.) Borsista; B.P-D) Post-Doc; B.Str.) Borsista straniero; Perf.) Perfezionando; Dott.) Dottorando; AsRic) Assegno di ricerca; S.Str.) Studioso straniero;

DIS) Docente Istituto Superiore4) INDICARE IL GRUPPO DI AFFERENZA

LA PERCENTUALE DI IMPEGNO NEGLI ESPERIMENTI SI RIFERISCE ALL’IMPEGNO TOTALE NELLA RICERCA, ANCHE AL DI FUORI DELL’INFN

Alt

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I III IV V

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEAREPreventivo per l'anno

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) - RICERCATORIComponenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

2003

CR

EA

M

GG

G

GLA

ST

MA

GIC

PV

LAS

VIR

GO

ICA

RU

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TZ

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Ricerca Assoc.

Affer. al

Gruppo

RICERCHE DEL GRUPPO IN % Percentuale impegno

in altri GruppiN.

AM

S0

Coordinatore:

Gruppo

2PISA

Struttura

Marco Grassi

Art. 23

35 Nobili Anna Maria 2 100P.A.(1)36 Omodei Nicola (Siena) 2 100Dott.

37 Paoletti Riccardo (Siena) 2 3070P.A.

38 Passuello Diego I Ric 2 100

39 Pegna Raffaello (Siena) 2 70 30Dott.

40 Piacentino G. (Cassino) 1 7030P.A.

41 Piccioli Alessio (Siena) 2 70 30AsRic

42 Pilo Federico (Siena) 1002Dott.

43 Poggiani Rosa 2 70R.U. 30

44 Polacco Erseo 2 20 80P.O.

45 Ruffini Andrea 2 50AsRic 50

46 Sani Elisa 2 30Dott. 70

47 Sergiampietri Franco I Ric 2 4060

48 Spandre Gloria Ric 2 100

49 Stamerra Antonio (Siena) 2 100AsRic

50 Toncelli A. 2 30CNR 70

51 Toncelli Raffaella 2 100AsRic(1)52 Tonelli Mauro 2 70P.A. 30

53 Turini Nicola (Siena) 1 5050R.U.

54 Valle Giada (Siena) 702 30Dott.

55 Venanzoni Graziano 501 50AsRic

56 Wyss Jeffrey (Cassino) 1 7030R.U.

INSERIRE I NOMINATIVI IN ORDINE ALFABETICO (N.B. NON VANNO INSERITI I LAUREANDI)

Ricercatori 7.7 4.9 4.8 9.2 4.1 1.6 12.3 0.6

(1) L'incarico di associazione verrà richiesto a seguitodell'approvazione del progetto.

Note:

Mod. G. 1

1) PER I DIPENDENTI: Indicare il profilo INFN2) PER GLI INCARICHI DI RICERCA: Indicare la Qualifica Universitaria (P.O, P.A, R.U) o Ente di appartenenza3) PER GLI INCARICHI DI ASSOCIAZIONE: Indicare la Qualifica Universitaria o Ente di appartenenza per Dipendenti altri Enti;

Bors.) Borsista; B.P-D) Post-Doc; B.Str.) Borsista straniero; Perf.) Perfezionando; Dott.) Dottorando; AsRic) Assegno di ricerca; S.Str.) Studioso straniero;

DIS) Docente Istituto Superiore4) INDICARE IL GRUPPO DI AFFERENZA

LA PERCENTUALE DI IMPEGNO NEGLI ESPERIMENTI SI RIFERISCE ALL’IMPEGNO TOTALE NELLA RICERCA, ANCHE AL DI FUORI DELL’INFN

Assoc.Tecnologica

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: B) - TECNOLOGI

Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art.23

RICERCHE DEL GRUPPO IN % Percentuale impegno in altri Gruppi

I III IV V

N.

CR

EA

M

GG

G

GLA

ST

MA

GIC

PV

LAS

VIR

GO

ICA

RU

S_D

TZ

AM

S0

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEAREPreventivo per l'anno 2003

Alt

ri_i

mp

egn

i

Coordinatore:

Gruppo

2PISA

Struttura

Marco Grassi

1 Bagagli Riccardo 100Dott.

2 Basti Andrea T.L. 9010

3 Bellazzini Ronaldo D.T. 100

4 Cavalieri Roberto 100Tecn

5 Dattilo Vincenzino 100Tecn

6 Fazzi Massimiliano 100Bors.

7 Frasconi Franco 100I Tecn

8 Galeotti Stefano I Tecn 6040

9 Gennai Alberto Tecn 100

10 La Penna Paolo 100Tecn

11 Majorana Ettore Tecn 100

12 Morsani Fabio Tecn 50 50

13 Passaquieti Roberto 100T.L.

14 Terreni Giuseppe Tecn 30 70

15 Vigiani Luisella 100Bors.

Mod. G. 2

1) PER I DIPENDENTI: Indicare il profilo INFN

2) PER GLI INCARICHI DI ASSOCIAZIONE: Indicare Ente da cui dipendono, Bors. T.) Borsista Tecnologo

Note:

Mod. G. 4

PREVISIONE DELLE SPESE DI DOTAZIONE E GENERALI DI GRUPPO

VOCI DI SPESA DESCRIZIONE DELLA SPESAIMPORTI

Parzial i TotaleCompet.

In kEuro

Via

gg

i e

Mis

sio

ni

Estero

Interno

Materialedi Consumo

Pubblicazioni Scientifiche

Spese Calcolo

Affitti e

Manutenzione

Apparecchiature

(1)

Dettaglio della previsione delle spese del Gruppo che non afferisconoai singoli Esperimenti e per l’ampliamento della Dotazione di base del Gruppo

Materiale

Inventariabile

Spese Seminari

(1) Indicare tutte le macchine in manutenzione

Trasporti e facch.


30,0

Riunioni di Comm.Naz. Referee. Conferenze e scuole 30,0

40,0

Partecip. a conferenze, scuole, comitati scient. 40,0

3,03,0

44,0

44,0

Cancelleria, magazzino, elettronica, gas

TOTALI

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

85,0

85,0

203,5

Strumentazione di Laboratorio, PC per stazioni di lavoro

1,51,5

Gruppo

2PISA

Struttura

15,0 100,0 25,0 560,010,0 4,0 714,0AMS0

35,0 110,0 100,0 30,050,0 10,0 352,0 687,0GLAST

7,0 6,0 16,0 29,0PVLAS

136,5 42,0 115,0 105,093,5 492,0VIRGO

11,5 18,0 26,0 53,0 108,5ICARUS_DTZ

4,0 31,0 15,0 452,02,0 5,0 509,0CREAM

8,0 5,0 75,0 12,022,0 122,0GGG

11,5 63,5 21,0 50,52,0 39,0 187,5MAGIC

Miss. interno

Miss. estero

Mater.di cons.

Trasp. e Facchin.

Spese Calc.

Mater.Invent.

Costruz. Appar.

TOT.Compet.

Mod. G.5

Totali (A+B+C)

PREVISIONE DELLE SPESE PER LE RICERCHE

SIGLA

ESPERIMENTO

RIEPILOGO DELLE SPESE PREVISTE PER LE RICERCHE DEL GRUPPO In kEuro

Pubbl. Scient.

Spese Semin.

S P E S A P R O P O S T A

A)

Esp

erim

enti

o In

iz.S

pec

ific

he

Gr.

IV in

Co

rso

Totali A)

C) Dotazioni di Gruppo

Totali B)

B) E

sper

imen

ti o

Iniz

.Sp

ec. G

r. IV

da

Iniz

iare

Aff. eManut. App.

203,5

818,5

3'052,5

40,0 44,0 3,0 1,5 85,0

409,5

99,5 111,0 4,0 66,0

427,0 64,0 10,0 653,53,0 1,5

514,5

1'225,5

30,0

23,5

258,5

270,0 272,0 60,0 10,0 502,5 2'030,5711,0


205,0

Gruppo

2PISA

Struttura

INFORMAZIONI GENERALI Fisica delle astroparticelle

Stazione Spaziale Internazionale

AMS-02

Radiazione cosmica

1) Osservazione anti-elio2) Misura di flussi di e, e+, pbar e gamma nell'intervallo di energia tra 1GeV e 1000GeV

Spettrometro magnetico (Magnete superconduttore) provvisto di:1) tempi di volo; 2) sistema di tracciatura; 3) rivelatore a radiazione di transizione;4) Cerenkov (RICH); 5) calorimetro a campionamento

Perugia, Bologna, Milano e Pisa

MIT, Università di Ginevra, LAPP-Annecy, CIEMAT-Madrid, LIP-Lisbona, Università di Grenoble,Università di Aachen, IHEP-Pechino, ETH-Zurigo, CERN

2000-2007

Linea di ricerca

Laboratorio ovesi raccolgono i dati

Sigla delloesperimento assegnata

dal Laboratorio

Acceleratore usato

Fascio

(sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

Sezioni partecipanti all'esperimento

Istituzioni esterneall'Ente partecipanti

Durata esperimento

Mod. EC. 1

Esperimento Gruppo

Ricercatoreresponsabile locale:

RappresentanteNazionale:

Struttura diappartenenza:

PISA

016 AMS0 2

R. Battiston

Universita' di Perugia

P. O.F. Cervelli

CodiceISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEAREPreventivo per l'anno 2003

Struttura

[email protected]:e-mail:

(a cura del responsabile locale)

Posizionenell'I.N.F.N.:

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L’ANNO 2003 In kEuro

(a cura del responsabile locale)Mod. EC. 2

PISA


Struttura

Codice EsperimentoAMS

Gruppo2016

Resp. loc.: F. Cervelli

Mat

eria

leC

onsu

mo

Tras

p.e

fac

ch.

Spe

seC

alco

lo

Affi

tti e

man

uten

z.ap

pare

cchi

at.

Mat

eria

leIn

vent

aria

bile

Cos

truz

ione

App

arat

i

VOCIDI

SPESA

DESCRIZIONE DELLA SPESA

Via

ggi e

mis

sion

i

Est

ero

Inte

rno


Totale

Low voltage (1/3) 30 K€ - Slow control 50 K€

Metabolismo (produzione modello di volo)

Trasporto calorimetro Pechino - Houston - LAPP

Note:

Riunioni gruppo II, contatti con ditte, riunioni di collaborazionetest di sistema

2 PC

EDR (prot. + finale) (1/3) 30 K€ - FEE (1/6) + gamma trigger 90 K €

Imballaggi

Riunioni Coll. (CERN+USA), 8 M/U

Cavi e connettori (1/6)

Infrastrutture per test di sistema

System test, 3 M/U

HV system

Test + gruppi di analisi, 3 M/U

Test di sistema (1/3) Protezione termica (1/3)

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.

A cu ra de l l a Comm.ne S c i e n t i f i c a N a z i o n a l e

6,0

80,0

15,0

100,0

25,0

10,0

4,0

560,0

714,0

10,0

di cui 290 sj

di cui 290 sj

15,0

4,0

120,0

15,0

70,0150,0

100,0

sj80,0 sj60,0 sj

4,0

Sono previsti interventi di edilizia e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni?Breve descrizione dell'intervento:

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE

(a cura del responsabile locale)All. Mod. EC. 2

PISA


Struttura

ALLEGATO MODELLO EC 2

Codice EsperimentoAMS

Gruppo2016


In kEuro

Mod. EC. 3

Note:

PREVISIONE DI SPESA: PIANO FINANZIARIO LOCALE

PER GLI ANNI DELLA DURATA DEL PROGETTO


Osservazioni del Diret tore del la Strut tura in meri to al ladisponibi l i tà d i personale e di at t rezzature:

L'esperimento è in fase di costruzione dell'apparato, senza richiesteimportanti di supporto tecnico o tecnologico.


PISA

Struttura

Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo

Affitti emanut.appar.

Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

15,0 100,0 25,0 10,0 4,0 560,0 714,0

TOTALI 330,0 45,0 26,0 12,0 666,5 1'108,5

ANNIFINANZIARI

2003

29,0

7,0 115,0 10,0 8,0 4,0 56,5 200,520047,0 115,0 10,0 8,0 4,0 50,0 194,02005

Codice EsperimentoAMS0

Gruppo2016



Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc.

Affer. al

Gruppo

Numero totale dei Ricercatori


Gruppo

PISA

2016


Struttura

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 23 Ass. Tecnol.

TECNOLOGI N N

11,0

7,7Ricercatori Full Time Equivalent

Numero totale dei Tecnologi 2,0

0,5Tecnologi Full Time Equivalent

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 15 Collab.tecnica

Assoc.tecnica

TECNICI N

Numero totale dei Tecnici

Tecnici Full Time Equivalent

Busonero Deborah (Siena) 1002Dott.1

Cervelli Franco D.R. 5012

Di Falco Stefano 602AsRic3

Falchini Elisa 1002Dott.4

Franzoso Alberto 1002Dott.5

Incagli Marco Ric 3016

Maestro Paolo (Siena) 702AsRic7

Marrocchesi P.S. (Siena) 402P.S.8

Pilo Federico (Siena) 1002Dott.9

Valle Giada (Siena) 702Dott.10

Venanzoni Graziano 501AsRic11

Basti Andrea 10T.L.1

Galeotti Stefano I Tecn 402

Per

cent

uale

Per

cent

uale

Per

cent

uale

(a cura del responsabile locale)Mod. EC/EN 7




Gruppo

PISA

2016


Struttura

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA (cont.)

SERVIZI TECNICI Annotazioni:


Denominazione mesi-uomo



PISA


Struttura

(a cura del rappresentante nazionale)

Fisica astroparticellare. Apparato sperimentale per voli di lunga durata su palloni ULDB(NASA) per la misura diretta degli spettri energetici e dell'abbondanza relativa degli elementichimici (fino a Z=28) presenti nei raggi cosmici primari ad energie fino a 1000 TeV.Antartide (lancio dalla base di McMurdo) + test-beams di calibrazione al Cern

raggi cosmici e fasci di test al CERN

raggi cosmici. Fasci di test al CERN (elettroni, adroni di energia 250 GeV)

meccanismo di accelerazione dei raggi cosmici in relazione alla variazione osservatadell'indice spettrale (ginocchio) ad un'energia intorno a 3 - 5 10^15 eV

TCD (Timing Charge Detector) + odoscopi a fibre scintillanti per l'identificazione in carica delprimario e tracking; Transition Radiatio Detector (TRD); bersaglio di Carbonio; calorimetro aTungsteno e Fibre Scintillanti.

INFN-sezione di Pisa; Siena-Gruppo Collegato; sezione di Torino

Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario (IFSI) del CNR sez. di Torino, University ofMaryland, University of Chicago, Penn State University, University of Minnesota, SeoulNational University, NASA, NSBF

Primo per iodo di presa dat i 2003 - 2005 con vol i a cadenza annuale

Linea di ricerca


Acceleratore usato

Fascio(sigla e caratteristiche)





Durata esperimento

Mod. EN. 1

P R O G R A M M A D I R I C E R C A

A) I N F O R M A Z I O N I G E N E R A L I

B) S C A L A D E I T E M P I : piano di svolgimentoPERIODO ATTIVITA’ PREVISTA

2003

2004

2005

Commissioning dell'odoscopio S2 per il primo volo; costruzione e beam test (CERN) delcalorimetro per il secondo volo (2004); studio upgrade elettronica di front-end (odoscopi);programmi di simulazione e analisi

Commissioning del calorimetro (entro Aprile 2004); calibrazioni (CERN) per il volo del 2005;analisi dati relativi al volo del 2003

Contributo al commissioning del volo del 2005; analisi dati relativi al volo del 2003

Nuovo Esperimento GruppoCREAM 2

P. S. Marrocchesi

Siena

Incarico di RicercaP. S. Marrocchesi

[email protected]:



[email protected]:



(a cura del responsabile locale)Mod. EN. 2

PISA


Struttura


Resp. loc.: P. S. Marrocchesi

Mat

eria

leC

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mo

Tras

p.e

fac

ch.

Spe

seC

alco

lo

Affi

tti e

man

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z.ap

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cchi

at.

Mat

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vent

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Cos

truz

ione

App

arat

i

VOCIDI

SPESA


Via

ggi e

mis

sion

i

Est

ero

Inte

rno


Totale

ADC-VME 32 canali

Tungsteno (471 Kg)

riunioni della componente italiana della collaborazione

trasporto del calorimetro al CERN per beam test

test-beam al CERN

Note:

fibre scintillanti + fibre chiare + guide di luce

riunioni di collaborazione /technical interchange meeting (USA + CERN)

meccanica del calorimetro

materiale di consumo per tests funzionali del calorimetro

fotorivelatori (HPDs) + elettronica (1/4 del totale)

sviluppo schede prototipali (upgrade elettronica di front-end)

materiale per costruzione odoscopio S2

metabolismo

fotorivelatori (HPDs) per odoscopio S2

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.


5,0

179,0

4,0

31,0

15,0

2,0

5,0

452,0

509,0

4,0

2,0

10,0

13,0

21,0

3,0

15,0

10,0

161,0

2,0

12,072,0


(a cura del responsabile locale)All. Mod. EN. 2

PISA


Struttura

ALLEGATO MODELLO EN 2

I fotorivelatori (HPD, proximity focused, 73 pixels) utilizzati sia nel calorimetro (40 + spares), sianell'odoscopio S2 (12) ed i relativi alimentatori hanno delle caratteristiche tecniche che permettonoil loro uso durante il volo ad una quota di circa 36 KM in condizioni di sicurezza rispetto a breakdowndischarge, corona effects etc.Conseguentemente, il costo degli HPD e' elevato ed una riduzione di prezzo significativa si puo'ottenere concentrando in un solo ordine la quantita' totale di fotorivelatori necessari.Nella proposta CREAM, il profilo finanziario di spesa relativo ai fotorivelatoti e all'elettronica difront-end e' distribuito su due anni (2003-2004). Tuttavia, la possibilita' di poter emetter un ordineunico per i fotorivelatori con scadenze di pagamento dilazionate, porterebbe ad un risparmioconsiderevole. Suggeriamo pertanto, in caso di accettazione della proposta di CREAM, di autorizzare ununico ordine per gli HPDs basato su un anticipo nel 2002 di circa 50 KEuro e con scadenze di consegne epagamenti distribuite opportunamente nel 2003 e nel 2004.



In kEuro

Mod. EN. 3

Note:






PISA

Struttura


Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

4,0 31,0 15,0 2,0 5,0 452,0 509,0

TOTALI 107,0 29,0 10,0 5,0 805,0 973,0

ANNIFINANZIARI

2003

17,0

5,0 43,0 8,0 8,0 353,0 417,020048,0 33,0 6,0 0,0 0,0 47,02005

In kEuro

Mod. EN. 4

Il piano finanziario globale presentato si riferisce ai PRIMI TRE ANNI DI ATTIVITA' (2003-2005) mentre ilprogramma scientifico dell'esperimento prevede una serie di missioni a cadenza annuale fino a coprirealmeno 10 voli.

Note:

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa



PISA

Struttura



Miss.

interno

Miss.

estero

Materialedi

cons.

Trasp.eFacch.

Spese

Calcolo


Mat.

inventar.

Costruz.

apparatiTOTALE

Competenza

7,0 35,0 15,0 2,0 5,0 452,0 516,0

TOTALI 23,0 117,0 31,0 10,0 11,0 805,0 997,0

ANNIFINANZIARI

2003

8,0 49,0 10,0 8,0 6,0 353,0 434,02004

8,0 33,0 6,0 0,0 47,02005


PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTOLo spettro dei raggi cosmici primari segue una legge di potenza con indice spettrale pari a circa 2.7 per energie inferiori a 10^14 eV,ma presenta un indice spettrale piu' elevato a partire da un'energia vicina a 3 10^15 eV. L'osservazione sperimentale di uncambiamento di pendenza, o "ginocchio" ("knee") nel flusso dei raggi cosmici alla scala di energia di 10^15 eV non ha ancora trovatouna spiegazione universalmente accettata a circa 40 anni dalla sua scoperta.CREAM (Cosmic Ray Energetics And Mass) e' un esperimento, attualmente in fase di realizzazione, concepito per la misura direttadello spettro energetico e dell'abbondanza relativa di ciascuno degli elementi chimici (fino a Z=28) presenti nei raggi cosmiciprimari UHE (da 10^12 fino a oltre 5 10^14 eV). La possibilita' di poter effettuare una misura significativa dal punto di vista statisticoe' legata al recente sviluppo, da parte della NASA, di una nuova classe di palloni Ultra Long Duration Balloon (ULDB) progettati pervoli di durata compresa fra i 60 e i 100 giorni con un payload scientifico fino a 1000 Kg e circa 400 W di potenza.In particolare, alcuni modelli prevedono un limite massimo all'accelerazione dei raggi cosmici da shock di supernova [e.g.:Lagage,Cesarsky, 1983] con un cutoff nello spettro di energia a circa Z 10^14 eV. Secondo questa classe di modelli, lo spettro inclusivoosservato sarebbe la sovrapposizione, pesata con le abbondanze relative degli elementi presenti nel raggi cosmici primari, di spettriin cui la posizione del "ginocchio" avrebbe una dipendenza lineare con il numero atomico. La determinazione sia della forma deglispettri esclusivi che delle abbondanze relative con misure dirette e' pertanto oggetto di grande interesse scientifico. Questo richiedeapparati sperimentali di grande accettanza, dato il modesto valore dei flussi attesi a queste energie.

L'apparato sperimentale di CREAM include : un calorimetro a sampling in Tungsteno e fibre scintillanti preceduto da un bersaglio digrafite di circa 0.5 lunghezze di interazione, con layers di scintillatori per il trigger e il tracking ; un Transition Radiation Detector (TRD)e un identificatore (TDC) della carica del primario, basato su una tecnica di tempo di volo per la reiezione del back-scattering dalcalorimetro. Sara' il primo esperimento dedicato a misure di composizione dei raggi cosmici ad essere dotato sia di un calorimetroche di un TRD. Misure simultanee dell'energia dei nuclei incidenti, identificati in base alla carica, permettera' la calibrazioneincrociata, durante il volo, dei due strumenti al fine di determinarne la scala di energia. Misure ridondanti di carica con il TCD e con gliodoscopi di fibre scintillanti permetteranno un eccellente discriminazione in carica dei singoli elementi (a basso Z) e dei principaligruppi chimici (ad alto Z).

CREAM e' stato approvato dalla NASA nel 1998 e, secondo l'attuale programma di sviluppo dei palloni ULDB, il primo volo avra'luogo nel Dicembre 2003 dalla base di McMurdo in Antartide. I voli successivi avranno luogo con cadenza annuale.Con un singolo volo, CREAM dovrebbe raccogliere una statistica circa doppia rispetto a quella attualmente accumulata daesperimenti che hanno effettuato misure dirette dei cosmici primari con palloni nell'alta atmosfera con tecniche di rivelazione basatesu emulsioni nucleari (e.g.: JACEE, RUNJOB). Con 3 voli, l'intervallo di energie esplorato da CREAM avra' una sovrapposizione dicirca un ordine di grandezza con le misure indirette effettuate da esperimenti a terra e basate sull'osservazione degli sciaminell'atmosfera. Questo permettera' agli esperimenti a terra una piu' accurata valutazione degli errori sistematici legati alladeterminazione simultanea dell'energia e della natura del primario a partire dall'osservazione indiretta degli sciami.

La collaborazione CREAM include le seguenti istituzioni : University of Maryland, University of Chicago, Penn State University,University of Minnesota, Seoul National University.La partecipazione a CREAM da parte di gruppi INFN e' caldamente incoraggiata dalla collaborazione [Allegato 2] e il contributoproposto ai gruppi italiani include la costruzione di un odoscopio a fibre scintillanti per il primo volo ULDB (2003), la costruzione di uncalorimetro per il secondo volo (2004) e la completa integrazione nelle attivita' della collaborazione sia nella simulazione chenell'analisi dei dati sperimentali.

Informazioni piu' dettagliate sono incluse nella proposta di esperimento per il Gruppo 2 (Allegato 1 in formato .pdf) che puo' essereconsultata all'URL : http://www.pi.infn.it/~marrocch/cream/ alla quale si accede con username : infn ; password : gruppo2 .


PISA

Struttura

Mod. EN. 5(a cura del rappresentante nazionale)

Pag. 1



PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO


PISA

Struttura


Pag. 2


Cognome e Nome

Qualifica



Affer. al

Gruppo


Codice EsperimentoCREAM

Gruppo

PISA

2


Struttura


RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica



TECNOLOGI


N N

11,0




Cognome e Nome

Qualifica



Assoc.tecnica

TECNICI N



Angelini Franco 202R.U.1

Bagliesi M. Grazia (Siena) 1002Dott.2

Ciocci M. Agnese (Siena) 302R.U.3

Di Virgilio Angela I Ric 2024

Ligabue Franco 301R.U.5

Maestro Paolo (Siena) 302AsRic6

Marrocchesi P.S. (Siena) 602P.S.7

Massai Marco M. 202R.U.8

Meucci Mario (Siena) 502P.O.9

Millucci Vincenzo (Siena) 1002P.A.10

Valle Giada (Siena) 302Dott.11

Morsani Fabio Tecn 501

Per

cent

uale

Per

cent

uale

Per

cent

uale



Codice EsperimentoCREAM

Gruppo

PISA

2


Struttura

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA (a cura del responsabile locale)


Mod. EC/EN 8



Data completamento

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2003 (a cura del responsabile nazionale)

1/03/1903 Commissioning dell'odoscopio a fibre scintillanti S2

1/10/1903 Costruzione e beam test (CERN) del calorimetro per il volo del 2004.

Descrizione

Ingegnere meccanico (2 mesi uomo) : progettazione della versione finale (flightmodel) del meccanica del calorimetro.

Resp. Naz.: P. S. Marrocchesi


PISA


Struttura


Verifica del principio di equivalenza

LABEN-Divisione Proel Tecnologie, Firenze, Viale Machiavelli 31, Firenze

Caduta di corpi di diversaq composizione in un campo gravitazionale

Accelerometro in rotazione veloce' (gia' costruito dal gruppo proponente)

PI-BO

LABEN-Divisione Proel Tecnologie, Firenze, Viale Machiavelli 31, Firenze

5 anni

Linea di ricerca


Acceleratore usato






Durata esperimento

Mod. EN. 1




2003

2004-2005

2006-2007

Messa in rotazione supercritica con controllo attivo dei moti di whirl. Misura del Q rilevante delsistema. Implementazione elettronica a 24 bit.Implementazione del sistema di controllo attivo dei tilts del terreno.

Attuazione dei miglioramenti necessari per arrivare a rivelare spostamenti relativi dei cilindri diprova di qualche 10^(-10) m (Equivale ad una dimostrazione del prototipo GGG al livello diqualche parte in 10^(13); vedi allegato al modulo EN 5) .

Installazione di cilindri di prova di diversa composizione e campagne di verifica del principio diequivalenza (nel campo del sole) al livello di una parte in 10^(13), che e' competitivo con imigliori risultati raggiunti finora (vedi allegato al modulo EN 5)

Nuovo Esperimento GruppoGGG 2

Anna M. Nobili

PISA

P. A.Anna M. Nobili

[email protected]:



[email protected]:




PISA


Struttura


Resp. loc.: Anna M. Nobili

Mat

eria

leC

onsu

mo

Tras

p.e

fac

ch.

Spe

seC

alco

lo

Affi

tti e

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uten

z.ap

pare

cchi

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Mat

eria

leIn

vent

aria

bile

Cos

truz

ione

App

arat

i

VOCIDI

SPESA


Via

ggi e

mis

sion

i

Est

ero

Inte

rno


Totale

1 oscillografo digitale

PZT Physik Instrumente con relativa elettronica di controllo

Missioni a FI, a BO e al Lab di ENEA presso il Lago Brasimone.

Lavorazioni meccaniche di precisione

Per mantenimento collaborazioni attive all'estero

Note:

1 sintetizzatore HP

Elettronica ad hoc

1 computer pre presa dati

Disegni realizzativi, assistenza montaggio e centrature

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.


25,0

12,0

12,0

8,0

5,0

75,0

22,0

12,0

122,0

8,0

5,0

7,0

25,0

3,0

25,0



PISA


Struttura


Le spese previste alla voce "materiale di consumo" riguardanol'acquisizione di servizi esterni indispensabili alla realizzazionedell'esperimento, precisamente elettronica ad hoc, lavorazionimeccaniche di precisione (con relativo materiale, quale ad esempioil CuBe per le sospensioni), disegni realizzativi e assistenzanel lavoro di centratura e di bilanciamento del rotore.

Per quanto concerne l'elettronica ad hoc (particolarmenteelettronica digitale) ci serviamo di personale in pensione diLaben altamente qualificato e a costi contenuti. Per la parte didisegni realizzativi e assistenza meccanica ci serviamo di personalein pensione della Divisione Proel Tecnologie di FI. Anche in questocaso si tratta di personale molto qualificato, connotevolissima esperienza, e a prezzi contenuti. Infine, per lelavorazioni meccaniche di precisione usufruiamo della esperienza diVIRGO nella scelta delle ditte che offrono le migliori prestazionial miglior costo.

Tutto questo ci permette di mantenere basso il costo complessivodell'esperimento senza pregiudicarne il livello qualitativo e laraffinatezza necessarie.

Si noti dal successivo modello EN 3 che le spese per materialeinventariabile diminuiscono dopo il primo anno.



In kEuro

Mod. EN. 3

Note:






PISA

Struttura


Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

8,0 5,0 75,0 22,0 12,0 122,0

TOTALI 29,0 375,0 62,0 52,0 558,0

ANNIFINANZIARI

2003

40,0

8,0 6,0 75,0 10,0 10,0 109,020048,0 6,0 75,0 10,0 10,0 109,020058,0 6,0 75,0 10,0 10,0 109,020068,0 6,0 75,0 10,0 10,0 109,02007

In kEuro

Mod. EN. 4

Note:

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa



PISA

Struttura



Miss.

interno

Miss.

estero

Materialedi

cons.

Trasp.eFacch.

Spese

Calcolo


Mat.

inventar.

Costruz.

apparatiTOTALE

Competenza

12,0 8,0 85,0 25,0 27,0 157,0

TOTALI 60,0 41,0 422,0 77,0 118,0 718,0

ANNIFINANZIARI

2003

12,0 8,0 84,0 13,0 22,0 139,02004

12,0 8,0 84,0 13,0 22,0 139,02005

12,0 9,0 85,0 13,0 25,0 144,02006

12,0 8,0 84,0 13,0 22,0 139,02007


PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO"GALILEO GALILEI-GG on the Ground (GGG)": Un accelerometro differenziale in rotazione veloce per laverifica del principio di equivalenza

Il principio di equivalenza, la cui principale conseguenza sperimentale e' l'universalità della caduta libera(eta=Delta a/a=0) è il principio fondante della Relativita' Generale. La sua validita' o meno e' ritenuta dienorme importanza e spinge a realizzare esperimenti sempre piu' accurati. Esperimenti terrestri eseguiti dalgruppo "Eöt-Wash" con bilance di torsione rotanti (periodo 20') dimostrano che il principio e' valido fino ad uneta di qualche parte in 10^13.

Un esperimento in orbita terrestre bassa potrebbe migliorare i livelli raggiunti di diversi ordini di grandezza:i) perchè nello spazio il segnale è più forte di un fattore 1400;ii) perchè un ambiente senza peso è più favorevole di quello terrestre alla misura di piccolissime forze.

Al momento ci sono 3 proposte per la verifica del principio di equivalenza nello spazio, l'americana STEP(obiettivo eta=10^-18), la francese Microscope (obiettivo eta=10^-15) e l'italiana "Galileo Galilei-GG" (obiettivoeta=10^-17). STEP e' criogenica a bassissima temperatura, Microscope e' simile a STEP ma atemperatura ambiente. GG si basa su un accelerometro differenziale rotante (periodo 0.5 sec; cilindriconcentrici di 10 kg debolmente accoppiati nel piano perpendicolare all'asse di simmetria) la cui rotazioneveloce attorno all'asse fornisce una modulazione ad alta frequenza del segnale e permette di mediare viamolti disturbi. È stata concepita e realizzata una versione di terra di questo accelerometro utilizzando l'assedi simmetria/rotazione per controbilanciare la gravità locale.

GGG e' un progetto di ricerca in 5 anni che parte dai risultati già ottenuti. I primi 3 anni saranno dedicati acompletare un prototipo che dimostri di aver raggiunto la sensibilità richiesta per l'esperimento nello spazioentro un fattore di "scaling" lambda=200 (lambda>1 è il rapporto tra la "stiffness" delle sospensioni a terra equella delle sospensioni in assenza di peso) corrispondente ad un eta=4×10^-13. I seguenti 2 anni sarannodedicati a migliorare l'accelerometro con l'obiettivo di verificare il principio di equivalenza (a terra) al livellodi 1 parte in 10^13, competitivo con i risultati ottenuti dal gruppo "Eöt-Wash" con la bilancia di torsionela quale ha prodotto finora i migliori risultati ma non si presta ad essere usata nello spazio.

I vantaggi principali di GG rispetto a STEP/Microscope sono:1. L'accelerometro mantiene i 2 gradi di liberta' del sistema fisico studiato (masse di prova in caduta liberaattorno alla Terra) invece di ridurli artificiosamente ad 1 (gli accelerometri di STEP e Microscope hanno unsolo asse di sensibilita')2. L'accelerometro puo' ruotare in regime supercritico, cioe' a frequenze superioriori, anche di molto, rispettoa quelle naturali del sistema. Cio' e ' possibile soltanto in 2 gradi di liberta', mentre e' ben noto che e'impossibile se il moto e' confinato in una sola direzione (nel qual caso non esiste una posizione di equilibriostabile). Per GG e' possibile quindi la rotazione veloce (0.5 sec), mentre STEP e Microscope possonoarrivare solo a frequenze inferiori a quelle naturali (1500-2000 sec). A sua volta, la rotazione velocegarantisce a) l'autocentratura delle masse di prova b) la modulazione ad alta frequenza del segnaleaspettato c) l'eliminazione/separazione di disturbi potenzialmente molto pericolosi pericolosi. Si noti che nellospazio la rotazione puo' essere mantenuta senza motore, elimando quindi tutti i disturbi che il motorecomporta a terra. Infine, la ragione di fondo dei vantaggi di GG e' che la rotazione avviene attorno all'asse disimmetria dei cilindri di prova (che e' la scelta naturale) e non perpendicolarmente ad esso, come nel casodi STEP e Microscope.3. Le sospensioni meccaniche permettono di mettere a terra le masse di prova ed eliminano il problemadelle cariche elettriche (i rimanenti patch effects sono a bassa frequenza), un problema la cui gravita' e' bennota in tutti gli esperimenti dedicati alla misura di piccolissime forze gravitazionali


PISA

Struttura


Pag. 1



PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO4. Lo svantaggio rispetto a STEP di lavorare a temperatura ambiente (300 K invece di 3 K) e' compensatodall'usare cilindri di prova di massa maggiore (10 kg invece di qualche centinaia di grammi). Poiche' il piu'pericoloso effetto termico ("radiometer effect") e' eliminato in GG dalla rotazione veloce, usare masse piu'grandi e' sufficiente per ridurre il rumore termico.5. E' possibile (grazie ai 2 gradi di liberta') realizzare un prototipo a terra (l'esperimento GGG) perche' ilpiano di sensibilita' si fa coincidere con il piano orizzontale (sensibile alla componente in quel piano delsegnale aspettato- la stessa cui sono sensibili le bilance di torsione) mentre l'asse di simmetria/rotazionedei cilindri si usa per sospendere il sitema contro la gravita' locale. Ne' STEP ne' Microscope hanno mairealizzato un prototipo di Terra.

Per GGG lo stato dell'arte e i risultati raggiunti finora sono riportati nel lavoro allegato (GGG_PRD.pdf,revisione finale del manoscritto per Physical Review D). Valutiamo che ci occorrano 3 anni per portare ilprototipo al livello in cui sia possibile rivelare spostamenti relativi dei cilindri di prova rotanti di circa 10^-10 m.Cio' equivarrebbe al fatto che lo stesso strumento, se messo in orbita bassa attorno alla Terra, potrebbeverificare il principio di equivalenza al livello eta=4x10^-13. E poiche' nello spazio e' possibile accoppiare icilindri di prova con sospensioni molto piu' molli che non a terra (c'e' un fattore 100 milioni tra l'accelerazionelocale di gravita' a terra e la accelerazione piu' grande -dovuta al drag della atmosfera residua lungo l'orbita ealla pressione di radiazione solare- presente nell'esperimento spaziale), e la sensibilita' del read-outcapacitivo non e' un fattore limitante (lo abbiamo gia' dimostrato), si puo' pensare di verificare il principio diequivalenza al livello eta=10^-17 attualmente previsto per GG sulla base di studi e simulazionidell'esperimento spaziale. Il fatto che l'asse di simmetria/rotazione a terra sia determinnato dalla gravita'locale e' una differenza fondamentale rispetto all'esperimento spaziale. Da cio' l'importanza di controllare itilts locali (dovuti ad effetti giornalieri di varaizione della temperatura e pressione ambientali e agli effetti dellemaree lunisolari). Questo lavoro sara' svolto in parallelo dalla sezione di Bologna. Si tratta di un contributoimportante per la riuscita dell'esperimento, e per il quale la sezione di Bologna ha una notevole esperienza.La collaborazione tra i due gruppi e' gia' stata sperimentata in un progetto di interesse nazionale co-finanziato dal MIUR. La partecipazione di 2 ricercatori afferenti alla sezione INFN di Roma 2 deriva dalcomune interesse per sistemi di misura capacitivi, sistemi di sospensione meccanica e misure dipiccolissime forze.

GGG puo' essere usato anche per la verifica del principio di equivalenza a terra in alternativa alla bilancia ditorsione. Riteniamo che negli ultimi 2 anni del progetto sia possibile, montando masse di prova di diversacomposizione, effettuare campagne di verifica del principio di equivalenza nel campo del Sole al livello dieta=10^-13. Si tratta di un valore competitivo con i migliori risultati ottenuti dal gruppo "Eöt-Wash".L'importanza e' duplice: a) l'uso di un apparato completamente diverso, e quindi e soggetto a diversi tipi dierrori sistematici b) il fatto che (a differenza della bilancia di torsione) GGG puo' essere modificato per unesperimento in volo potenzialmente capace di far guadagnare ben 4 ordini di grandezza.

La visibilita' internazionale di GG e del suo prototipo e' notevole. La presenza del nostro gruppo nel dibattitointernazionale su questi temi e' indiscussa. La nostra analisi dell'effetto radiometrico, da sempreconsiderato un "killer" per esperimenti spaziali sul principio di equivalenza, si e' affermata con pubblicazionisu Physical Review D (vedi gli allegati GGG_radiometer_1.pdf e GGG_radiometer_2.pdf); in particolare, perMicroscope, abbiamo dimostrato quantitativamente che il disturbo e' piu' grande del segnale e indistinguibileda esso, a meno di non dedicare al problema sforzi e risorse ben maggiori di quanto non sia stato fattofinora. La presenza di GG/GGG nella letteratura scientifica e' notevole. L'interdisciplinarita' dell'esperimentolo rende adatto per la formazione di studenti e di giovani ricercatori, come dimostarno le numerose tesi dilaurea gia' completate (vedi allegato lavori_tesi_web.pdf).


PISA

Struttura


Pag. 2


Cognome e Nome

Qualifica



Affer. al

Gruppo


Codice EsperimentoGGG

Gruppo

PISA

2


Struttura


RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica



TECNOLOGI


N N

7,0


Numero totale dei TecnologiTecnologi Full Time Equivalent

Cognome e Nome

Qualifica



Assoc.tecnica

TECNICI N



Bramanti Donato 1002AsRic1

Carusotto Salvatore 202P.A.2

Comandi Gianluca 1002Dott.3

Mengali Giovanni 402P.A.4

Nobili Anna Maria 1002P.A.5

Polacco Erseo 202P.O.6

Toncelli Raffaella 1002AsRic7

Per

cent

uale

Per

cent

uale

Per

cent

uale



Codice EsperimentoGGG

Gruppo

PISA

2


Struttura

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA (a cura del responsabile locale)


Mod. EC/EN 8



Data completamento

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2003 (a cura del responsabile nazionale)

31-05-2003 Accelerometro (centrato, bilanciato, read-out messo a punto) in rotazione supercritica con controllo attivo deimoti di whirl. Misure di Q alla frequenza di spin

30-09-2003 Implementazione elettronica a 24 bit e messa a punto del software di analisi dati

31-12-2003 Implementazione del sistema di controllo attivo dei tilts realizzato dalla sezione di Bologna. Rivelazione dispostamenti relativi dei cilindri di prova compresi tra 10^(-7) m e 10^(-8) m

Descrizione Resp. Naz.: Anna M. Nobili

INFORMAZIONI GENERALIFisica delle astro-particelle

Pisa-CERN-SLAC

GLAST

Produzione e rivelazione di raggi gamma cosmici di altissima energia

Telescopio per raggi gamma di grande area

Pisa, Trieste, Perugia, Roma II, Padova, Bari

SLAC, NASA, IN2P3, CEA-Saclay, NRL, Hiroshima

7 anni (2000-2006)

Linea di ricerca



dal Laboratorio

Acceleratore usato

Fascio






Durata esperimento

Mod. EC. 1

Esperimento Gruppo




PISA

192 GLAST 2

G. Barbiellini

Trieste

AssociatoR. Bellazzini


Struttura

[email protected]:e-mail:





PISA


Struttura

Codice EsperimentoGLAST

Gruppo2192

Resp. loc.: R. Bellazzini

Mat

eria

leC

onsu

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Tras

p.e

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Spe

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uten

z.ap

pare

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Mat

eria

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Cos

truz

ione

App

arat

i

VOCIDI

SPESA


Via

ggi e

mis

sion

i

Est

ero

Inte

rno


Totale

Acquisto fibra carbonio per side-walls delle torri

Imballaggi di tipo spaziale, trasporto di ladders e trays

Note:

Contatti con altre sezioni e con l'industria per ladder assembly,tray assembly, test spaziali

2 stazioni test e relativo software

Manutenzioni strumentazione clean-room

Clean rooms, test, storage, integrazione torri

Riunioni collaborazione, test E. M., meetings dei working group,

1 CMM

meeting IDT, ...

1 sistema di controllo trays1 camera climatica

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.


30,0

35,0

110,0

100,0

50,0

10,0

352,0

30,0

687,0

50,0

35,0

10,0

70,0120,0

110,0

120,042,0

100,0




PISA


Struttura



Gruppo2192


In kEuro

Mod. EC. 3

Note:





In questa fase l'esperimento richiede un supporto medesto del gruppo dellealte tecnologie della Sezione, infatti la fase di produzione e di assemblaggioverranno effettuate presso ditte esterne.


PISA

Struttura

Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

35,0 110,0 100,0 50,0 10,0 352,0 30,0 687,0

TOTALI 450,0 300,0 130,0 20,0 352,0 130,0 1'492,0

ANNIFINANZIARI

2003

110,0

35,0 110,0 100,0 80,0 10,0 100,0 435,0200420,0 110,0 50,0 180,0200520,0 120,0 50,0 190,02006


Gruppo2192



Cognome e Nome

Qualifica



Affer. al

Gruppo



Gruppo

PISA

2192


Struttura


RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica



TECNOLOGI N N

11,0




Cognome e Nome

Qualifica



Assoc.tecnica

TECNICI N



Angelini Franco 802R.U.1

Baldini Luca 1002Dott.2

Brez Alessandro I Ric 10023

Cohen-Tanugi Johann 1002B.P.D.4

Kuss Michael 1002Ric5

Latronico Luca 1002AsRic6

Massai Marco M. 802R.U.7

Omodei Nicola (Siena) 1002Dott.8

Piacentino G. (Cassino) 301P.A.9

Spandre Gloria Ric 100210

Wyss Jeffrey (Cassino) 301R.U.11

Bagagli Riccardo 100Dott.1

Bellazzini Ronaldo D.T. 1002

Terreni Giuseppe Tecn 303

Vigiani Luisella 100Bors.4

Per

cent

uale

Per

cent

uale

Per

cent

uale





Gruppo

PISA

2192


Struttura







PISA


Struttura


Fisica Astroparticellare e Gamma Astronomia

IAC- Instituto de AstrofNsica de CanariasORM - Observatorio Roque de los Muchachos, La Palma, Spagna

Fisica delle sorgenti AGN e dei GRB; Orizzonte gamma cosmologico;Origine delle galassie e costante di Hubble; Background gamma;Pulsar e SNR; WIMPs e Dark Matter; Quantum Gravity scale

Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope di 17m di diametro

PADOVA, PISA

CrAO, IFAE; Barcelona, Inst. of Nucl. Research; Moscow, MPI; M]nich,Univ. Complutense; Madrid, Univ. Padova, Univ. Siena, Univ. Autonoma; Barcelona,Univ. Siegen, Univ. Wuerzburg, Univ. Lodz, Yerevan Ph. Inst.

p lur iennale

Linea di ricerca


Acceleratore usato






Durata esperimento

Mod. EN. 1




2003

2004

2005

Installazione del sistema di trigger di secondo livello e messa in funzione.Turni di presa dati.

Manutenzione del sistema di trigger e turni di presa dati.

Manutenzione del sistema di trigger e turni di presa dati.

Nuovo Esperimento GruppoMAGIC 2

Luigi Peruzzo

Padova

Incarico di RicercaR. Paoletti

[email protected]:



[email protected]:




PISA


Struttura


Resp. loc.: R. Paoletti

Mat

eria

leC

onsu

mo

Tras

p.e

fac

ch.

Spe

seC

alco

lo

Affi

tti e

man

uten

z.ap

pare

cchi

at.

Mat

eria

leIn

vent

aria

bile

Cos

truz

ione

App

arat

i

VOCIDI

SPESA


Via

ggi e

mis

sion

i

Est

ero

Inte

rno


Totale

Sistema storage cassette (LTO)

Produzione finale schede di trigger + spares

Riunioni CSN2 e contatti con Padova

Cassette per dati e MC

Trasporto sistema di trigger in sito

Riunioni di collaborazione, Physics meetings e riunioni tecniche

Note:

ConferenzeRiunionedi Collaborazione

Disk server

Schede scaler, prescaler e monitor

Metabolismo

Montaggio a La Palma (3 turni)

CPU VME spare + crate extender

Common costs

Messa in funzione (2 turni)Turni presa dati (12 turni)

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.


5,0

15,0

25,0

11,5

63,5

21,0

2,0

39,0

50,5

187,5

3,0

2,0

21,0

4,04,5

14,0

25,5

7,5

10,0

10,0

5,030,0

6,0



PISA


Struttura


Per la definizione dei turni usata nel calcolo delle missioni estero si rimanda all'allegato delmodello EC2 presentato dalla sezione di Padova.



In kEuro

Mod. EN. 3

Note:






PISA

Struttura



Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

11,5 63,5 21,0 2,0 39,0 50,5 187,5

TOTALI 183,5 61,0 2,0 79,0 50,5 403,5

ANNIFINANZIARI

2003

27,5

8,0 60,0 20,0 20,0 108,020048,0 60,0 20,0 20,0 108,02005


Cognome e Nome

Qualifica



Affer. al

Gruppo


Codice EsperimentoMAGIC

Gruppo

PISA

2


Struttura


RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica



TECNOLOGI N N

6,0



Cognome e Nome

Qualifica



Assoc.tecnica

TECNICI N



Meucci Mario (Siena) 502P.O.1

Paoletti Riccardo (Siena) 702P.A.2

Pegna Raffaello (Siena) 702Dott.3

Piccioli Alessio (Siena) 702AsRic4

Stamerra Antonio (Siena) 1002AsRic5

Turini Nicola (Siena) 501R.U.6

Per

cent

uale

Per

cent

uale

Per

cent

uale




Codice EsperimentoMAGIC

Gruppo

PISA

2


Struttura






INFORMAZIONI GENERALIElettrodinamica quantistica, ricerca di nuove particelle neutre interagenti con fotoni.

L.N.L.

PVLAS

Ampiezza di diffusione coerente in avanti per il processo fotone-fotone.

Magnete superconduttore, fascio di luce laser.

FE, LNL, PI, TS

6 anni

Linea di ricerca



dal Laboratorio

Acceleratore usato

Fascio






Durata esperimento

Mod. EC. 1

Esperimento Gruppo




PISA

0297 PVLAS 2

G. CANTATORE

TRIESTE

Incar. di Ric.E. Polacco


Struttura

[email protected]:[email protected]:





PISA


Struttura

Codice EsperimentoPVLAS

Gruppo20297

Resp. loc.: E. Polacco

Mat

eria

leC

onsu

mo

Tras

p.e

fac

ch.

Spe

seC

alco

lo

Affi

tti e

man

uten

z.ap

pare

cchi

at.

Mat

eria

leIn

vent

aria

bile

Cos

truz

ione

App

arat

i

VOCIDI

SPESA


Via

ggi e

mis

sion

i

Est

ero

Inte

rno


TotaleNote:

Viaggi a Legnaro

Scatola ottica:- progetto- costruzione

Materiale ottico Lavorazioni meccaniche

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.


7,0

6,0

16,0

29,0

7,0

4,0

3,0

12,0

3,0




PISA


Struttura



Gruppo20297


In kEuro

Mod. EC. 3

Note:





L'esperimento è in fase di presa dati e non richiede sforzi delle strutturetecniche della Sezione.


PISA

Struttura

Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

7,0 6,0 16,0 29,0

TOTALI 12,0 16,0 42,0

ANNIFINANZIARI

2003

14,0

7,0 6,0 13,02004


Gruppo20297



Cognome e Nome

Qualifica



Affer. al

Gruppo



Gruppo

PISA

20297


Struttura


RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica



TECNOLOGI N N

2,0



Cognome e Nome

Qualifica



Assoc.tecnica

TECNICI N



Carusotto Salvatore 802P.A.1

Polacco Erseo 802P.O.2

Per

cent

uale

Per

cent

uale

Per

cent

uale





Gruppo

PISA

20297


Struttura






INFORMAZIONI GENERALIRivelazione onde gravitazionali

EGO - S. Stefano a Macerata, Cascina, Pisa

===================

==========================

Emissione onde gravitazionali da eventi astrofisici

Interferometro Virgo

FI, LNF, NA, PG, PI, RomaI

ESPCI-Paris, IPN-Lyon, LAL-Orsay, LAPP-Annecy, OCA-Nice

Indeterminata

Linea di ricerca



dal Laboratorio

Acceleratore usato

Fascio






Durata esperimento

Mod. EC. 1

Esperimento Gruppo




PISA

533 VIRGO 2

F. Vetrano

Firenze

Incarico di ricercaC. Bradaschia


Struttura

[email protected]:[email protected]:





PISA


Struttura

Codice EsperimentoVIRGO

Gruppo2533

Resp. loc.: C. Bradaschia

Mat

eria

leC

onsu

mo

Tras

p.e

fac

ch.

Spe

seC

alco

lo

Affi

tti e

man

uten

z.ap

pare

cchi

at.

Mat

eria

leIn

vent

aria

bile

Cos

truz

ione

App

arat

i

VOCIDI

SPESA


Via

ggi e

mis

sion

i

Est

ero

Inte

rno


Totale

Laboratori S. Piero e Marzotto

Sviluppo sospensioni criogeniche

Cascina 16 pers. x 11 mesi x 650 €

Gestione laboratori S. Piero e Marzotto

Riunioni Virgo, Virgo R+D, LIGO, GEO

Note:

riunioni Virgo Esperimento e R&D

Completamento farm Marzotto (CPU+disco)

LFF: tavole XYZ da vuoto

SW per analisi dati

LFF: beam scanner, telacamera CCD, PC

LFF: cavità monolitica + elettronica

Sviluppo sospensioni criogeniche

Crystal: reticolo, monocromatore, segacristalli

LFF: ottica, elettronica, vuotoCrystal: crogioli, polveri, microspia elettr.

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.


20,0

30,0

50,0

136,5

42,0

115,0

93,5

105,0

492,0

114,5

42,0

di cui 40 sj

di cui 40 sj

22,0

20,0

15,0

28,0

19,5

40,0 sj

36,0

24,0

26,0

5,0




PISA


Struttura


Sviluppo sospensioni criogeniche - dettaglio fondi richiesti caratt. mater. vuoto e freddo 20.0 kE struttura esterna 4.0 kE pendolo invertito 8.0 kE 3 filtri standard 12.0 kE fili di sospensione 1.0 kE filtro 7 8.0 kE marionetta e masse di reaz. 15.0 kE magneti, bobine, cavi 5.0 kE trasferimento calore 5.0 kE

TOTALE 78.0 kE (cons. 28.0, costr. 50.0)

si veda anche gli allegati esterni 1 e 2.


Gruppo2533


In kEuro

Mod. EC. 3

Note:





Nell'esperimento verranno impiegati in modo proficuo i tecnologi appartenential laboratorio EGO ed un modesto contributo viene richiesto alle strutturetecnologiche della Sezione.


PISA

Struttura

Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

136,5 42,0 115,0 93,5 105,0 492,0

TOTALI 90,0 215,0 143,5 205,0 920,0

ANNIFINANZIARI

2003

266,5

130,0 48,0 100,0 50,0 100,0 428,02004


Gruppo2533



Cognome e Nome

Qualifica



Affer. al

Gruppo



Gruppo

PISA

2533


Struttura


RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica



TECNOLOGI N N

16,0




Cognome e Nome

Qualifica



Assoc.tecnica

TECNICI N



Braccini Stefano Ric 10021

Bradaschia Carlo D.R. 10022

Cella Giancarlo 1002AsRic3

Cornacchia F. 402Dott.4

Di Virgilio Angela I Ric 8025

Ferrante Isidoro 1002R.U.6

Fidecaro Francesco 1002P.S.7

Giammanco Francesco 602P.A.8

Giazotto Adalberto D.R. 10029

Marsili Paolo 1002AsRic10

Passuello Diego I Ric 100211

Poggiani Rosa 702R.U.12

Ruffini Andrea 502AsRic13

Sani Elisa 302Dott.14

Toncelli A. 302CNR15

Tonelli Mauro 702P.A.16

Cavalieri Roberto 100Tecn1

Dattilo Vincenzino 100Tecn2

Fazzi Massimiliano 100Bors.3

Frasconi Franco 100ITecn

4

Gennai Alberto Tecn 1005

La Penna Paolo 100Tecn6

Majorana Ettore Tecn 1007

Passaquieti Roberto 100T.L.8P

erce

ntua

le

Per

cent

uale

Per

cent

uale





Gruppo

PISA

2533


Struttura






ALLEGATO 1 I finanziamenti richiesti alla Commissione 2 corrispondono a due settori di attività: 1. esperimento Virgo (commissioning, running, analisi dati) 2. ricerca e sviluppo non finalizzata direttamente a Virgo, ma a interferometri di seconda generazione. I finanziamenti per il completamento di Virgo o per miglioramenti "ordinari" verranno richiesti, se necessari, al consorzio EGO. I fondi per il punto 1. comprendono, quindi, la quasi totalità delle missioni, le spese per SW e computing per l'analisi dei dati di Virgo e le spese per il mantenimento e l'aggiornamento dei laboratori di San Piero e Marzotto (PI). I fondi per il punto 2. comprendono: a) Sviluppo sospensioni criogeniche Ci si propone di progettare e costruire una catena di sospensione adatta a sostenere un payload (marionetta + specchio+ masse di reazione) a temperatura criogenica (si veda anche in allegato 2 il draft proposal presentato recentemente all'interno della collaborazione Virgo). Una sospensione di questo tipo è una necessità per gli interferometri di seconda generazione, poiché consentirà di ridurre, con l'uso di basse temperature, il rumore termico degli specchi e dell'ultimo stadio delle sospensioni, risultando in una sensibilità migliore fino a due ordini di grandezza, nella zona fra 5 e 500 Hz. Ci si attendono anche miglioramenti importanti della sensibilità a frequenze più alte, grazie alla diminuzione del coefficiente di espansione termica degli specchi e alla conseguente possibilità di aumentare l'intensità dei fasci di luce (riduzione dello shot noise). La catena sarà di lunghezza ridotta (3 stadi invece di 5) e sarà predisposta per essere alloggiata in un opportuno sistema da vuoto con comparto criogenico. Tutte le componenti saranno studiate e caratterizzate per compatibilità con temperature criogeniche (materiali, magneti, cavi, attuatori, sensori, ecc.) utilizzando criostati esterni (Uni PI, PG, Roma, LNF, ...). La catena costruita sarà testata preventivamente a temperatura ambiente. Successivamente verrà richiesto a EGO un finanziamento per la creazione a Cascina di una facility criogenica di grandi dimensioni, accoppiata ad una torre da vuoto. Il tutto sufficientemente grande da potervi alloggiare una sospensione completa, a grandezza naturale. Qui verrà completata, nel 2004, la sperimentazione della sospensione realizzata nel 2003 e verranno realizzati eventuali successivi sviluppi. Dettaglio fondi richiesti

caratt. mater. vuoto e freddo 20.0 k€ struttura esterna 4.0 k€ pendolo invertito 8.0 k€ 3 filtri standard 12.0 k€ fili di sospensione 1.0 k€ filtro 7 8.0 k€ marionetta e masse di reaz. 15.0 k€ magneti, bobine, cavi 5.0 k€ trasferimento calore 5.0 k€

TOTALE (cons. 28.0, costr. 50.0)

78.0 k€

LFF La LFF è costantemente allineata e sotto vuoto; abbiamo già fatto agganci di circa 1 secondo e stiamo lavorando per rendere riproducibile e costante l'aggancio della cavità sospesa. Contiamo col prossimo anno di concludere l'esperimento, e prendere misure con diverse sospensioni. Le richieste vanno in questo senso:

1) i consumi servono a tenere costantemente efficiente il banco ottico e tutto il resto dell'apparato sperimentale;

2) il beam scanner serve a meglio adattare il fascio; 3) il computer serve a potenziare l'analisi dei dati; 4) le tavole micrometriche e i CCD sono necessari per facilitare le operazioni di

allineamento ed individuare il modo fondamentale; 5) il sistema di stabilizzazione in frequenza (SJ) servirà quando dovremo interpretare il

livello di rumore dei dati. Crystal I fondi richiesti derivano da una ridistribuzione delle richieste formulate nella proposta di esperimento presentata l'anno scorso (vedi), tenendo conto delle assegnazioni effettuate dalla Commissione 2, nella riunione di giugno 2002.

R&D PROPOSAL FOR THE CONSTRUCTION

OF AN ADVANCED DETECTOR OF GRAVITATIONAL WAVES

DRAFT 1 06/07/2002

Proposal for R&D activities

R&D project Issue: Draft Date: 06/05/2002 Page: 2

1. Introduction The sensitivity of ground-based interferometric gravitational wave detectors is presently limited by several noise mechanisms. The reduction of the noise floor in these antennas is an enterprise that involves different technologies. The genesis of this document are the discussions that A.Giazotto had with several persons regarding the crazy idea of building an interferometer cooled at 4K. These persons are from the following groups: Walter Winkler from Max Planck Institute (Munich), Giorgio Frossati from GRAIL Leiden group, VIRGO ESPCI group (Paris), VIRGO OCA group (Nice), VIRGO INFN Florence-Urbino group, VIRGO INFN Perugia group, VIRGO INFN Pisa group, VIRGO IPN group (Lyon).



Section 1

Cryogenic Suspensions and Mirror cooling



1. Scientific motivations for cryogenic suspensions In the following we will try to give a panoramic view of the many noise mechanisms expected to benefit enormously from going to low temperature. 1.1) Thermal noise The fluctuation-dissipation theorem [1] states that any dissipative system in a thermal bath undergoes stochastic forces whose amplitudes are proportional to the square root of the temperature. In the case of the VIRGO mirror pendulum suspension, if Q is the quality factor at the resonance, the linear spectral density of the stochastic force acting on the pendulum is given by (1) N4 ωTMk~

where M is the mass of temperature of the thermaldissipation (and thus to incpendulum thermal noise. Tinternal losses and frictionthermal noise limits the VInoise, decreasing with freq“seismic noise wall”) to a fe As well known, dissipatbe thought as a series of hequivalent mass and qualifrequency of the mirror (inmechanism decreases with the VIRGO sensitivity will b

frequency of the mirror (inmechanism decreases with the VIRGO sensitivity will b It is an experimental evof materials [3]. This behaThis improvement concermaterials. For instance, Tefroom temperature, at the leturns out to be about 107. Gnoise of about two orders odissipation of the mirrors issuch as photothermal noisethermoelastic origin [6] are

It is an experimental evof materials [3]. This behaThis improvement concermaterials. For instance, Tefroom temperature, at the leturns out to be about 107. Gnoise of about two orders odissipation of the mirrors issuch as photothermal noisethermoelastic origin [6] are

0=HzQ

BΑ

the mirror, kB is Boltzman’s constant, T the termodynamical bath and ω0 the resonant frequency. This means that to reduce rease the quality factor of the pendulum) allows to diminsh the he main dissipation mechanisms in the pendulum are material in suspension wire clamps. At room temperature pendulum RGO displacement sensitivity close to 10-17 m •Hz-1/2 [2]. This

uency as f –5/2, is dominant between a few Hz (i.e. just above the w tens of Hz. ion effects occur also inside the mirrors. The mirror structure can igh frequency oscillators each with a given resonant frequency, ty factor. At frequency much smaller than the first resonant VIRGO around 3 kHz), the noise floor induced by this spurious frequency as f –1/2. Above a few tens, up to a few hundreds of Hz, e limited by mirror thermal noise to a few 10-19 m •Hz-1/2 [2].

VIRGO around 3 kHz), the noise floor induced by this spurious frequency as f –1/2. Above a few tens, up to a few hundreds of Hz, e limited by mirror thermal noise to a few 10-19 m •Hz-1/2 [2].

idence that going to low temperature reduces the internal losses vior is well known in gravitation wave cryogenic bar detectors. ns also dissipations occuring in junctions between different lon devices attached to an Al bar reduce the bar mechanical Q, at vel of 105. Once cooled to T ≈ 10K, the quality factor of the bar oing from T≈ 3000K to T≈ 40K a reduction of pendulum thermal

f magnitude is expected. As shown in the next paragraph also the expected to be strongly diminished. Other spurious mechanisms [4], thermodynamical noise [5] and in general all noise having also strongly reduced going to low temperature.

idence that going to low temperature reduces the internal losses vior is well known in gravitation wave cryogenic bar detectors. ns also dissipations occuring in junctions between different lon devices attached to an Al bar reduce the bar mechanical Q, at vel of 105. Once cooled to T ≈ 10K, the quality factor of the bar oing from T≈ 3000K to T≈ 40K a reduction of pendulum thermal

f magnitude is expected. As shown in the next paragraph also the expected to be strongly diminished. Other spurious mechanisms [4], thermodynamical noise [5] and in general all noise having also strongly reduced going to low temperature.



1.2) Coating induced thermal noise The main source of dissipation inside the mirrors is due to its optical coating. High quality mirror coatings are achieved by Ti2O5 molecules sputtering technique. This technique is used for creating quarter wave layers alternated with SiO2 layers. The number of layers is of the order of 20-30, hence a non-negligible mass is deposited onto the mirror surface. This mass induces extra friction on the mirror surface, increasing mirror thermal noise. Going to low temperature is expected to reduce considerably the amount of friction induced by this important effect. 1.3) Mirror lensing effect This phenomenon is created by the power released in the coatings of the mirror of the interferometer Fabry-Perot cavities and by the power lost by the beam traversing their input mirrors. The power released heats the mirrors, inducing non uniform variations of their thickness and thus deforming optical surface and affecting severely their optical properties. The main cures for this effect seems to be two: a) To produce coatings and substrates with extremely low losses in order to reduce the mirror heating. The present technology allows to achieve losses of about 0.5 10-6 (for coatings) and 10-6 per cm (for substrates). We remind that for high finesse Fabry-Perot cavities the coating losses are dominant on the substrate losses because of the many photon hits on the the coating surface. b) To go to low temperature, close to about 100K, where the thermal conductivity coefficient (TCC) for monocristals (sapphire, silica, fluorine, etc) strongly increases. Then to suspend the mirror from the last stage of anti-seismic suspension (in VIRGO named marionette) with monocristal high-Q hinges so to extract from the mirror the heat absorbed with a high effectiveness. As shown in the following, if one is able to extract ≈ 0.1 W from the mirror at a few 0K, mirror temperature should increase with respect to the thermal bath of about 10K. On the other hand, Debye theory foresees that thermal expansion coefficient (TEC) of cristaline solids goes to zero with the cube of temperature. In particular TEC at a few Kelvin is of the order of 10-10 0K-1 only. As a consequence if one operates at a few 0K and use monocristal high-Q hinges to extract heat from mirror, the increase of temperature due to losses (10K) induces a lensing effect of the order of the armstrong, completely negligible for our concerns. 2. Specifications It is thus necessary to find a way for carrying away from the mirror about 0.1 W at a temperature of 4-5 0K. A few distinct problems have to be solved for the purpose:



2.1) Thermal conductivity of upper stages The first point is to bring up to mirror position through the entire anti-seismic suspension 0.1 W at 40K with an order of magnitude safety factor. This means that our system has to extract at least 1 W from the marionette. Since Cu TCC at 40K is about 16000W/mK and considering a path length around 10 m (typical anti-seismic suspension height), Cu thermal conductor with a section of 6 cm2 is necessary. The advanced VIRGO should have at least the same low frequency cutoff as VIRGO I. This implies that special anti-seismic suspensions are necessary, having the same softness of the ones used in VIRGO I (Superattenuators) but able, at the same time, to carry away the heat from the last stage. A possible solution will be presented in section 3. 2.2) Mirror suspension The mirrors have to be suspended to the marionette through thick monocristaline hinges in such a way to allow both the extraction of the required heat (0.2 W in a conservative approach) and a mechanical Q as high as possible. The problem is analyzed reminding that two main mechanisms of heat extraction occurs; one due to thermal conduction by hinges and the other due to radiation from mirror surface. The equation for T is the following:

( )0384106.5)( TTST

LTW

dtdTCV −

⋅+−∆= −σβ

where β(T) is the TCC of the hinges supporting the mirror, σ is the area where the heat goes trough (in our case the sum of the sections of the hinges), L the length of heat extraction device, Cv the mirror specific heat, T0 the temperature of the thermal bath, S the total mirror surface and, again, 5.6 10-8 the Stephan-Boltzmann coefficient. At thermal equilibrium (dT/dt = 0) one obtains:

STL

T

WTTT38

0

410.6.5)( ⋅+

∆=−=∆

−σβ

As an example two kinds of items will be kept into account: the mirrors in Fluorite (CaF2), a material that does not exhibit birefringence, and the mirror supporting hinges in Silicon (Si), a material with high thermal conductivity at low temperature and low Young modulus.



a) Room Temperature case At 3000K the main coefficients involved in our estimates assume the following values: CaF2 TEC: αCaF2(300) = 1.9 10-5 K-1

CaF2 TCC: βCaF2(300) = 10W/(mK) Si Ther. Cond. Coeff.: βSi(300) = 100W/(mK) Since the mirror radiating area S is about 0.3 m2

∆T = ∆W / (βSi(300) • (σ/L) +5.6 10-8 • 4T3S) = ∆W / (βSi(300) (σ/L) +1.8)

In order to make the conductive contribution equal to the radiation one a total section of the hinges (σ) of about 110 cm2 would be necessary, where a length L of about 0.6 m has been considered. This value is unacceptable since would compromise the softness that the last stage has to exhibit. Hence, on can conclude that ∆T at 3000K is Stefan-Boltzmann dominated with an increase of temperature ∆T ~ ∆W/1.8 ~ 0.1 0K. Considering S=0.1 m, the deformation of the optical surface turns out to be very high ∆S = S αCaF2(300) ∆T ~ 2 10-7m. The conclusion is that at room temperature the heat drain will be radiation dominated and, due to high mirror TEC, corresponding lensing effect turns out to be very large.

∆S

S

b) Temperature 5 0K b) Temperature 5 0K At 50K the situation changes drastically. In this case the main coefficients are: At 50K the situation changes drastically. In this case the main coefficients are: CaF2 TEC: αCaF2(5) = 10-9 K-1 CaF2 TEC: αCaF2(5) = 10-9 K-1

CaF2 TCC.: βCaF2(5) = 600 W/(mK) CaF2 TCC.: βCaF2(5) = 600 W/(mK) Si Ther. cond. coeff.: βSi(5) = 600 W/(mK) Si Ther. cond. coeff.: βSi(5) = 600 W/(mK) To extract a power of 0.2W from mirror four Si hinges (two for each side) could be used To extract a power of 0.2W from mirror four Si hinges (two for each side) could be used



Assuming hinges with a widthreasonable thickness δ=1.6 10-3

value assumed by CaF2 TECdeformation:

The pendulum frequency takes cAssuming a marionette mass MMkg; from a simple calculation itthe gravity has a stiffness Kg~ evaluation of the superattenuatothe gravity has a stiffness Kg~ evaluation of the superattenuato 2.3) Cryostat specifications2.3) Cryostat specifications The Fabry-Perot mirrors willneeds to have circular holes at ithe passage of the gaussian beamthe mirror absorbs entirely the insimple geometrical consideratio

∆W300 =

Si

CaF2

A= 3 10-2 m2 and a length L= 0.6 m, it follows that with a m the temperature increases of about 10K. Thanks to the low , this increase of temperature induce a negligible mirror

∆S = S αCaF2(5) ∆T ~ 10-10 m.

ontribution both from Si hinges and gravity. =50 kg and mirror mass Mm=20 kg the reduced mass is MR=14

follows that the 4 hinges have a total stiffnes KH~100 N/m and 400 N/m giving a pendulum frequency νp~1 Hz, but a precise r frequency modes is needed. 400 N/m giving a pendulum frequency νp~1 Hz, but a precise r frequency modes is needed.

receive radiation at 300 0K from external world. The cryostat ts end of the same dimension of the mirror in order to allow s with enough tolerance. In the conservative hypothesis that cident power, the absorbed power can be easily computed by

n, obtaining

2•5.6 10-8 (300)4 (πdM2

/ 4)2 / (4π l2)



Where dM (about 0.3 m) is the mirror diameter, l the vacuum pipe cryostat length, 5.6 10-8 is the Stephan-Boltzmann coefficient and the factor 2 is to keep into account that the holes (at the cryostat extremities) are two. The goal is to increase the length of the cryostat l so to make this quantity smaller than the power absorbed by the mirror because of losses (0.1 W). It is straightforward to obtain

l > 2•5.6 10-8 (300)4 (πdM2/4)2/(∆W300 4π))1/2 ∼ 2,8 m

In conclusion to make the contribution due to radiation from the cryostat apertures negligible, it is enough to cool down to 40K only 3 m of vacuum pipe immediately before and after the Fabry-Perot mirrors (see next figure).

2,8m

l

2

Superattenuator Cryostat geometry to make negligible the radiation h from end apertures.

dM ,8m

eating coming



3. Some ideas for cryogenic suspensions The remaining open question (see point 2.1) is to keep the softness of VIRGO Superattenuators and, at the same time, to extract the required amount of heat. This can be done connecting Superattenuator filters with high compliance and high thermal conductivity stripes (see next figure). Seven sets of stripes can be arranged on each filter. The stripes can be made by of Al or Cu (materials with high TCC at low temperature, around 16000 W/mK at 50K). In order to bring ~ 0.8 W at mirror position, we should have 5.6 W carried per set of stripes, corresponding to 210 stripes 0.3 x 0.01 x 0.00005 m3 each. A few mechanical preliminary tests have been performed at Pisa INFN VIRGO laboratory using brass stripes.

~ 40 cm ~1 m

Al or Cu

0.5 cm

30 cm

1 cm



The construction of the stripe-system turned out to be straightforward. The test apparatus was composed by 10 plus 10 brass stripes connected to an Al mass of 0,87 Kg suspended by a thin 60 cm-long wire.

Se

Z Y

l=60 cm

1x1x70 cm Aluminum

An experimental comparison of the main resonant frequencies (composed by the mass and the wire) when the strips are connedisconnected has been performed. This comparison allowed evalustrips in all directions. The measured stiffness normalized to 210 strof stripes one has to mount on each filter) turned out to be Parallel to Y KY = 2.4 N/m Parallel to X KX = 11.4 N/m Rotation around Z KθZ = 3.5 N/m Rotation around X KθX = 3.0 N/m The “extra-stiffness” induced by the strip-system turns out to betypical stiffness of Superattenuator stiffness (several hundreds of Nis only preliminary; a test with a small chain of filters is envperformance of the stripe-system will be confirmed one can think tdifferent ways.

The “extra-stiffness” induced by the strip-system turns out to betypical stiffness of Superattenuator stiffness (several hundreds of Nis only preliminary; a test with a small chain of filters is envperformance of the stripe-system will be confirmed one can think tdifferent ways. The solution presented in the first of the following figures conlong towers of the interferometer. This solution exhibits thetemperature compatible all the components of the present Superattfor active control, remote adjustment mechanisms and so on).

The solution presented in the first of the following figures conlong towers of the interferometer. This solution exhibits thetemperature compatible all the components of the present Superattfor active control, remote adjustment mechanisms and so on). The solution presented in the second figure foresees the uSuperattenuator put in thermal contact with one (or more) interferothe level of the marionettes. The connection has to be done throughat the same time, a good thermal compliance. The main advant

The solution presented in the second figure foresees the uSuperattenuator put in thermal contact with one (or more) interferothe level of the marionettes. The connection has to be done throughat the same time, a good thermal compliance. The main advant

x

t of stripes

of the physical pendulum cted and when they are ating the stiffness of the ipes (which is the number

very low with respect to /m). However, this result isaged. If the excellent

o use this solution in two

very low with respect to /m). However, this result isaged. If the excellent

o use this solution in two

sists in cooling all single problem to make low enuators (accelerometers

sists in cooling all single problem to make low enuators (accelerometers

se of a cold “ancillary” meter Superattenuators at a very soft joint having, age of this more thorny

se of a cold “ancillary” meter Superattenuators at a very soft joint having, age of this more thorny



solution is that the use of a soft connection exhibits a strong cleaning effect of spurious normal modes and noise produced in the ancillary Superattenuator by the addition of stripes. Solution 1: Cold single Superattenuator

COLD FINGER



Solution 2: Ancillary Superattenuator

COLD FINGER

Cryostat

Very

Soft Joint



The Marionette-cooled bar connection

A very soft connection able to transfer heat from the cool Superattenuator to the other(s) can be achieved by using many thin wires (made with high TCC materials) up to obtain the total section required to extract 1 W from marionetta. The proposed connection, nicknamed “Jellyfish”, is shown in the next figure. The Jellyfish

COOLED BAR

MIRROR

MARIONETTE

Indeed, to split the joint in many wires allows reducing total mechanical stiffness. The design parameters could be the following. The Jellyfish wires could be done in Cu or Al (TCC ~ 16000W/mK at 5 0K) with a length of about 0.2 m. As a consequence, the total wire section S for extracting 1 W from the mirror is about 2 10-6 m2. We may try to evaluate the stiffness considering that the wires are equivalent to a beam clamped at its ends. Let us consider to split the required section in N wires with a section 2 10-6/N m2 each. The total stiffness is

KTOT = N ki/2 = (S)23E/(8π L3N) ~ 3.5 102/N



where ki = 3Eπr4/(4L3) (r is the wire radius), with E (Young modulus) about 7 1010 N/m2 and 2L = 0.2 m. For N=300 the wire diameter is about 10-4 m and the resulting total stiffness is about 1 N/m. In order to quantify the advantage of the “ancillary solution” one has to compare the stiffness just computed with the one corresponding to the first solution (i.e. to cool single Superattenuators). In this case is the last filter of the chain that transmits to the marionette the noise produced by the upper metal stripes (if any). Since the last stage stiffness is of a few thousands N/m the strong filtering properties of the ancillary solution is evident. 4. Some Ideas for a cooled Last Stage The last stage for the advanced detector needs to follow precise prescriptions for filtering the thermal noise flowing through the suspension wire and for better controlling marionette and mirror by means of suspended reference masses.

Conductance

Mirror Reference mass

Marionette reference mass

Cold Bar Jellyfish

Vertical TN Filter Cryostat



In particular it is necessary to have: 1 – A mechanical filter equipped with high Q materials for blades and wire connections in order to filter vertical displacement noise. 2 – A system of reference masses designed in such a way to avoid complications due to differential vacuum system. A possible design inside the cryostat is presented in the previous figure. The addition of a second reference mass at the level of the marionette is expected to simplify the control strategy. The mechanical transfer functions of marionette coil-magnet actuators should be much simpler than in the present Superattenutors. Indeed, the force used to control the marionette is an internal force of the system composed by marionette and new reference mass that (in first approximation) does not involve recoil motions of suspension upper stages.

__________________ * __________________

References [1] Uhlenbeck G.E. and Ornstein L.S., Phys. Rev. 36, 823 (1930). [2] G.Cagnoli et al., “The Virgo sensitivity curve”, VIRGO internal note, VIR-NOT-PER-1390-51 (1999). [3] Touloukian Y.S. et al., “Thermophysical properties of matter”, Eds. IFI/PLENUM, New York (1970). [4] Braginsky V.B., Gorodetsky M.L. and Vyatchanin S.P., Phys. Lett. A 264, 1 (1999). [5] Liu Y.T. and Thorne K.S., Phys. Rev. D 62, 122002 (2000). [6] Cerdonio M. and Conti L., Phys. Rev. D 63, 082003 (2001).

INFORMAZIONI GENERALI

Linea di ricerca



dal Laboratorio

Acceleratore usato

Fascio






Durata esperimento

Mod. EC. 1

Esperimento Gruppo




PISA

ICARUS_DTZ 2

E. Calligarich

Pavia

F. Sergiampietri


Struttura

e-mail:e-mail:





PISA


Struttura

Codice EsperimentoICARUS_DTZ

Gruppo2

Resp. loc.: F. Sergiampietri

Mat

eria

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Tras

p.e

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ch.

Spe

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VOCIDI

SPESA


Via

ggi e

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Est

ero

Inte

rno


TotaleNote:

meeting nazionali e contatti con gruppi italianimontaggio ed attivazione T600 ai LNGSTurnistica T600

No. 2 moduli EDAS (interfacce Analogico/Internet)

Metabilismo gruppo

Meeting Executive Board

Cercafughe

Componentistica criogenica, alta tensione, elettronica

Meeting plenario al CERN e gruppo di analisi

Gruppo di pompaggio a secco per criostato di test

Gas e liquidi criogenici

Collaborazione con gruppo UCLA per sistema AT

Dewar da 60 l per argon liquido

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.


11,5

18,0

26,0

53,0

108,5

2,08,51,0

6,04,0

25,0

8,0

53,0

1,0




PISA


Struttura



Gruppo2


In kEuro

Mod. EC. 3

Note:






PISA

Struttura

Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo


Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

11,5 18,0 26,0 53,0 108,5

TOTALI 18,0 26,0 53,0 108,5

ANNIFINANZIARI

2003

11,5


Gruppo2



Cognome e Nome

Qualifica



Affer. al

Gruppo



Gruppo

PISA

2


Struttura


RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica



TECNOLOGI N N

1,0



Cognome e Nome

Qualifica



Assoc.tecnica

TECNICI N



Sergiampietri Franco I Ric 6021

Per

cent

uale

Per

cent

uale

Per

cent

uale





Gruppo

PISA

2


Struttura






COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) - RICERCATORI · 2002-07-15 · ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA...

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