Gruppo IIAttività 2013

Esperimenti in corso: CTA R. L. & N.: A. De Angelis (ora PD) FERMI R. L.: F. Longo GAMMA-400 R. L. & N.: V. BonviciniMAGIC R. L. & N.: B. De Lotto PVLAS R. L.: F. Della ValleWIZARD R. L. & N.: M. Boezio

Nelle dotazioni di gruppo: KWISP R. L. & N.: G. Cantatore

In chiusura:MIR R. L.: F. Della Valle

• 3 INFN groups (Pd, Si, Ud) already in CTA since 2008, via national University funding

• ~40 INFN scientists working to INFN CTA-RD since September 2012

– Seevogh meeti gs every 2nd week, a few physical meetings (Roma, Mestre, Bari, Napoli, Pisa, …)

• January 2013: proposal of a “premiale” INAF + INFN; SiPM (industrial partnership with FBK) + electronics (CAEN, SITAEL); approved in September 2013, money transferred in June 14

– ~1 MEUR for INFN: 2/3 for SiPM, 1/3 electronics– Sensor ~ few mm for the SST camera (~2000 for a

40 cm detector), where granularity could be the issue– 1” for LST, where sensitivity might be the issue– Camera for SST; cluster of 7 photosensors for LST

• Prototypes for a new mirror technology• Atmospheric monitoring• LST electronics (assigned) & mechanics• Simulation & science; computing

The INFN participation to CTA

PvTo

Pi/Si

Co

Rm1-2

Ts/UdPd

Tn/FBK

Pg

BaNa

CTA Udine/Trieste: present and future activities

• Coordination of the INFN group (De Angelis)• Physics simulation (Longo)• Membership in the publication/refereeing committee (Persic)• SiPM test (Bissaldi, Stella)

– Past activities• Automatic system with an humidity monitor to measure the direct and

reverse IV curves at different T. • Characterization of FBK and Hamamatsu SiPM at different T• Development of an offline system to evaluate darkcount, afterpulse and

cross-talk noise using PicoScope data acquired at different temperature• Development of a labview system to evaluate darkcount and cross-talk noise

at different temperatures during a measurement with a PicoScope or a DRS4– Future activities

• Characterization of New FBK and Hamamatsu SiPM at differenttemperatures (direct and reverse IV curve measurements and noiseevaluation)

• Possible development of a check quality system for SiPM• Possible development of a monitor system for SiPM camera

Partecipanti e FTE:Cauz Diego (RU) 30Cerchiara P. Leonardo (Dott.) 50De Lotto Barbara (PA) 20 Longo Francesco (RU) 20Pauletta Giovanni (PO) 0Persic Massimo (PA) 20Santi Lorenzo (PA) 20Stella Carlo (Dott.) 100

Ricercatori: 8, FTE: 2.6

Responsabile Locale: Da definireSezioni partecipanti: BA, MIB, NA, PD, PG, PI,PV, RM1, RM2, TO, UD

Richieste finanziarie (preliminare)

Missioni 16 k€

Consumo 9 k€ (Meccanica, SiPM, Fibre, schede elettronica frontend; accoppiatore di fibra per il laser U/V, gia' in dotazione (acquistato da g-2); componenti ottici per trasporto/accoppiamento impulsi laser alla stazione di test)

Inventariabile 7 k€ (picoamperometro/alimentatore Keithley; alimentatore a bassa tensione per SiPM bias ed alimentazione elettronica frontendin dotazione)

Tot. 32 k€

Servizi: 2 m.u. off. Meccanica (dipendono dalla possibilita'di contribuire alla meccanica delle camere), 2 m.u. lab. el.

CTA-RD

• NASA Astrophysics senior review 2014 (March 31 – April 3, 2014) –Overall assessment

– The Fermi Observatory is the only all-sky NASA GeV gamma-ray instrument in orbit, and consequently is a unique asset to the NASA portfolio. Its ability to survey the entire sky in 90 minutes has provided an important new capability in time domain astronomy, and has also led to new investigations in the particle nature of astrophysical dark matter. The Fermi GI program has been very successful, and has directly led to several important science discoveries. The SRP recommends continuation of the Fermi extended mission through FY18, but at a modestly reduced funding level. We recommend that this funding reduction be accommodated through additional efficiency gains in Science Operations and Data Analysis, including strategic reduction in FTE which preserves core LAT science. As discussed in the 2012 Senior Review report, a reduction in FTE is a natural result of a mission in extended phase. We expect some additional reductions beyond FY16 with the completion of the Pass 8 analysis and the release of the 5 year LAT source catalog. Additional cost savings can be achieved through a reduction in the average size of the GI award funding.

Highlights

• Towards the Pass8 Instrument Response Functions – Complete new reconstruction– Increased effective area at low and high energies

• Science Highlights– GRB 130427A – Measurement of the Extragalactic Background Light with AGNs – Gamma-ray Novae as source class – Signature of CR in SNR– Long duration Solar Flares– Search for DM (gamma-ray lines)– Towards the 3FGL catalog

Highlights

• Longo Francesco 60% (UniTS)• Piero Ullio 20% (SISSA)• Gabrijela Zaharias 100% (Uni Nova Gorica)• Guido Barbiellini 0% (Senior) • Francesca Matteucci 50% (UniTS)• Annalisa Celotti 50% (SISSA)• Massimo Persic 20% (INAF TS)• Gianrossano Giannini 30% (UniTS)• Valentina Grieco 100% (UniTS)• Rachele Desiante 100% (UniUD)

• Ricercatori: 9, FTE: 5.3

Fermi – TS/Ud – composizione del gruppo

Percentuali preliminari da confermare!

• Missioni : 45 k€– 3 meetings in Italia per 4 persone – Coordinamento del SW a livello italiano– Riunioni di collaborazione in USA (2 meeting per 8gg per 3 persone) – Riunioni Science Working Groups (analisi dati e simulazioni) – Partecipazione turni ISOC (1 mu +viaggi)

• Consumo: 4 k€– Metabolismo

• Manutenzione: 2.5 k€– Licenza SW IDL

• Inventariabile: 8 k€– Sostituzione macchine obsolete nella farm di sezione in GRID per un

totale di 720 HS06

Richieste Finanziarie - Preliminary

GAMMA-400

C/T

CC2

CC1

Electronics

• Mission approved by Roscosmos• Russian-Italian Collaboration• R&D on the program financed by INFN CSN 2

(GAMMA-400-RD, 2011-2014)• Task: preparation of a joint proposal, agreed

with the Russian part: accomplished!• Evolution of the project in 2013/2014:

– Letter from INFN President, Prof. F. Ferroni, toAcademician G. Mesyats and Prof. A. Galper(July 17th, 2013): “… INFN is ready to provide

the Converter/Tracker for GAMMA-400 instrument if this work will be supported by the Russian side…”– Presentation of a progress report to INFN CSN

2 (23-27 September, 2013):• Very positive evaluation of the referees• Approval of continuation of work in view of the

definition of a collaboration agreement(Memorandum of Understanding)

Significant steps in 2013/2014

• INFN Proposal for the design and construction of converter-tracker and strip part of imaging calorimeter for gamma-ray telescope GAMMA-400 (October 21st, 2013)

• Letter from Prof. Ferroni to the President of ASI, asking to inform Roscosmos about INFN intention to participate to GAMMA-400 and to take the necessary steps for the definition of a MoU (January 29, 2014)

• Exchange of official letters between ASI and Roscosmos(April-June 2014)

• First meeting between Russian and Italian Agencies and Institutes to discuss the Agreement: 22-24 July 2014 in Rome.

• Meeting with M. Pallavicini (new CSN 2 President) in Trieste on July 16th.

Attivita’ previste a Trieste• Trieste sara’ la Sezione capofila per la

costruzione del convertitore/tracciatore al Si-W e della parte al silicio dell’ImagingCalorimeter CC1 (24 m2 di rivelatori a microstrip)

• Sviluppo dell’elettronica di front-end per il Calorimetro a cubi CC2 (sinergia con CaloCube)

• I costi di approvvigionamento deimateriali (rivelatori, elettronica, ecc.) ed i costi industriali sono a carico di Roscosmos, secondo quanto definitonell’MoU in fase di stesura

• Proseguira’ inoltre l’attivita’ di simulazione nel framework GEANT4 implementato in questi anni delleperformance del rivelatore, del trigger, delle efficienze, ecc.

Publications 2013

• A.M. Galper et al., “Characteristics of the GAMMA-400 Gamma-Ray Telescope for Searching for Dark Matter Signatures”, Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics, 2013, Vol. 77, No. 11, pp. 1339–1342

• A.A. Moiseev et al., “Dark Matter Search Perspectives with GAMMA-400”, http://arxiv.org/abs/1307.2345

• A.M. Galper et al., “The Space-Based Gamma-Ray Telescope GAMMA-400 and Its Scientific Goals”, http://arxiv.org/abs/1306.6175

• E. Mocchiutti et al., “The GAMMA-400 Space Experiment: Gammas, Electrons and Nuclei Measurements”, Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 239–240 (2013) 204–209

• A.M. Galper et al., “Design and Performance of the GAMMA-400 Gamma-Ray Telescope for the Dark Matter Searches”, AIP Conf. Proc. 1516, 288-292 (2013)

• A.M. Galper et al., “Status of the GAMMA-400 Project”, Advances in Space Research v. 51, no. 2, pp. 297-300(2013)

GAMMA-400

Partecipanti e FTE:Boezio Mirko (I Ric) 20Bonvicini Valter (I Ric) 70Bosisio (PA) 20Cumani Paolo (Dott.) 100Gobbo Benigno (I Ric) 80Gregorio Anna (RU) 50Sarkar Ritabrata (S.S.) 40Vacchi Andrea (DR) 10Vallazza Erik (I Tecn) 20

Ricercatori: 9, FTE: 4.1

Responsabile Nazionale e Locale: V. BonviciniSezioni partecipanti: FI, PI, PV, RM2, TS

Richieste finanziarie e di servizi

Missioni: 25 k€ (riunioni di collaborazione in Italia eall’estero, contatti con le industrie,test beams)

Consumo: 15 k€ (circuiti stampati, cavi , componentistica per test dei rivelatori e prototipi di elettronica di FE e DAQ)

Trasporti: 2 k€ (trasporto di materiale (prototipi diladders e jigs relativi)).

Servizi: 7 m.u. off. meccanica, 8 m.u. lab. el. & riv.

Unprecedented Crab Nebula spectrum over three decades in energy

arXiv:14.06.6892

102 103 104 E (GeV

69 hourswith MAGICstereoscopic system

Unprecedented precision of spectral and night-by-night light curve determinationDetailed test of the two state-of-the-art Crab Nebula theoretical models

Differential energy spectrum

Dark matter searches in Segue 1

Partecipanti e richieste finanziarie

ANSOLDI Stefano RU 40 BIASUZZI Barbara Dott. 100CERCHIARA P.L. Dott. 50 DE LOTTO Barbara PA 80LONGO Francesco RU 20 PALATIELLO Michele Dott. 100PERSIC Massimo PA 60TIBOLLA Omar ric.str. 100 VITO Roberto PO 100

======TOT FTE 6.5

Capitolo kEuro====================• Missioni 35.0• Inventariabile 8.0• Consumi 5.0

Common Funds 50.0(per tutte le sezioni)

• Altri servizi 12.0(noleggio auto a La Palma)

Non sono previste richieste di utilizzo dell’officina meccanica e/o elettronica della sezione, né del centro di calcolo.

The PVLAS experiment is now located in a clean room inside the Physics Dept. of the University of Ferrara

(from F. Della Valle, E. Milotti, A. Ejlli, G. Messineo, L. Piemontese, G. Zavattini, U. Gastaldi, R. Pengo, G. Ruoso, "First results from the new PVLAS apparatus: a new limit on vacuum magnetic birefringence" (arXiv:1406.6518), submitted, June 2014 )

Papers and preprints in 2013 and first half of 2014

Papers

1. F. Della Valle, E. Milotti, A. Ejilli, U. Gastaldi, G. Messineo, L. Piemontese, G. Zavattini, R. Pengo, G. Ruoso: "Extremely long decay time optical cavity", Optics Express, 22 (2014) 11570

2. F. Della Valle, A. Ejlli, U. Gastaldi, G. Messineo, E. Milotti, R. Pengo, L. Piemontese, G. Ruoso, S. Sabotig, and G. Zavattini: "Experimental perspectives in (low-energy) photon-photon scattering", Journal of Physics: Conference Series 490 (2014) 012153

3. G. Zavattini, F. Della Valle, U. Gastaldi, G. Messineo, E. Milotti, R. Pengo, L. Piemontese, G. Ruoso: "The PVLAS experiment: detecting vacuum magnetic birefringence", Journal of Physics: Conference Series 442 (2013) 012057

4. F. Della Valle, U. Gastaldi, G. Messineo, E. Milotti, R. Pengo, L. Piemontese, G. Ruoso, G. Zavattini: "Measurements of vacuum magnetic birefringence using permanent dipole magnets: the PVLAS experiment", New J. Phys. 15 (2013) 053026

5. G. Zavattini, F. Della Valle, G. Di Domenico, U. Gastaldi, E. Milotti, G. Messineo, R. Pengo, L. Piemontese, G. Ruoso: "The PVLAS experiment for measuring the magnetic birefringence of vacuum", Il NuovoCimento 36C (2013)

6. F. Della Valle, G. Di Domenico, U. Gastaldi, E. Milotti, G. Messineo, R. Pengo, L. Piemontese, G. Ruoso, G. Zavattini: "The new PVLAS apparatus for detection of magnetic birefringence of vacuum", Nucl. Instr. Meth. A 718 (2013) 495

Preprints

1. F. Della Valle, E. Milotti, A. Ejlli, G. Messineo, L. Piemontese, G. Zavattini, U. Gastaldi, R. Pengo, G. Ruoso, "First results from the new PVLAS apparatus: a new limit on vacuum magnetic birefringence" (arXiv:1406.6518)

2. F. Della Valle, A. Ejlli, U. Gastaldi, G. Messineo, E. Milotti, R. Pengo, L. Piemontese, G. Ruoso, G. Zavattini: "Measurement of the Cotton Mouton effect of water vapour" (arxiv.org:1311.3316)

3. F. Della Valle, U. Gastaldi, G. Messineo, E. Milotti, R. Pengo, L. Piemontese, G. Ruoso, G. Zavattini: "Measurements of vacuum magnetic birefringence using permanent dipole magnets: the PVLAS experiment" (arXiv:1301.4918)

Partecipazione e percentuali a TS

Federico Della Valle 100%Edoardo Milotti 50%

Richieste finanziarie TS

Missioni 20 keuro (principalmente per turni di misura a Ferrara e per missionia LNL)

Non ci sono richieste di officina meccanica o elettronica a Trieste

Stato PAMELA

• Il 15 giugno sono stati 8 anni di PAMELA in orbita.

• La missione è stata estesa fino al 31 dicembre 2015, con possibilità di ulteriore estensione fino a fallimento funzionalità del satellite.

• Trasmissione dati a terra ~16 GB/giorno, di cui ~10 GB/giorno (~25 Hz trigger rate) di dati nuovi.

• Dati raw disponibili ~40 TB.

PAMELA Latest ResultsO. Adriani et al., Physical Review Letters 111 (2013) 081102.

O. Adriani et al., arXiv:1407.1657; accepted for publication in Astrophys. J.

Publications 2013-2014• Adriani, O., Barbarino, G.C., Bazilevskaya, G.A., et al. 2014, to appear in Physics Reports. • Adriani, O., Barbarino, G.C., Bazilevskaya, G.A., et al. 2014, arXiv:1407.1657 , to appear in

Astrophysical journal.• Adriani, O., Barbarino, G.C., Bazilevskaya, G.A., et al. 2013, Physical Review Letters, 111, 081102• Adriani, O., Barbarino, G.C., Bazilevskaya, G.A., et al. 2013, arXiv:1306.2198 • Bzheumikhova, M.A., Adriani, O., Barbarino, G.C., et al. 2013, Journal of Physics Conference

Series, 409, 012194 • Bazilevskaya, G.A., Mayorov, A.G., Malakhov, V.V., et al. 2013, Journal of Physics Conference

Series, 409, 012188 • Mayorov, A.G., Adriani, O., Barbarino, G.C., et al. 2013, Journal of Physics Conference Series, 409,

012056 • Campana, D., Giaccari, U., Adriani, O., et al. 2013, Journal of Physics Conference Series, 409,

012055 • Koldobskiy, S.A., Adriani, O., Barbarino, G.C., et al. 2013, Journal of Physics Conference Series,

409, 012040 • Carbone, R., Adriani, O., Barbarino, G.C., et al. 2013, Journal of Physics Conference Series, 409,

012038 • Mikhailov, V., Adriani, O., Barbarino, G., et al. 2013, Journal of Physics Conference Series, 409,

012035 • Karelin, A.V., Adriani, O., Barbarino, G.C., et al. 2013, Journal of Physics Conference Series, 409,

012029 • Picozza, P., Marcelli, L., Adriani, O., et al. 2013, Journal of Physics Conference Series, 409, 012003

WIZARD – PAMELA

Partecipanti e FTE:Boezio Mirko (I Ric) 80Gregorio Anna (RU) 20Munini Riccardo (Dott.) 100Sarkar Ritabrata (S.S.) 20

Ricercatori: 4, FTE: 2.2

Responsabile Nazionale e Locale: M. BoezioSezioni partecipanti: BA, FI, NA, RM2, TS

Richieste finanziarie (preliminare)

Missioni 30 k€ (Riunioni e coordinamento dell’analisiin Italia ed all’estero)

Consumo 5 k€ (Metabolismo)

Inventariabile 4 k€ (Sostituzione hardware obsoletonella farm di sezione)

Tot. 39 k€

Missioni Cons./Trasp.

Invent./Apparati

Man. Totalek€

CTA 16 9 7 - 32FERMi 45 4 8 2.5 59.5GAMMA-400 25 17 - - 42KWISP.DTZ 5+5 sj 7+5 sj 8+8 sj - 20+18 sjMAGIC 35 5+12(+50*) 8 - 110PVLAS 20 - - - 20WIZARD 30 5 4 - 39Totale 176+5 sj 59+5 sj (50) 35+8 sj 2.5 340.5

Gruppo IIPreventivi 2014

Tot. Ass. 2014: 248.5 k€ +16 dot. TS +8.5 dot. UD* 50 k€ Common Funds

Gruppo IIRicercatori & Servizi 2013

Ric.strutturati

Ric. non strutturati

Mecc., m.u. El., Riv. & A. Tec., m.u.

CTA 1.1 (6) 1.5 (2) 2* 2FERMI 3.3 (8) 2 (2) - -

GAMMA-400 3.1 (8) 1 (1) 7 8

KWISP.DTZ 1 (2) - 2 1MAGIC 4 (5) 2.5 (3) - -PVLAS 1.5 (2) - - -WIZARD 1.2 (2) 1 (1) - -

15.2 (27) 8 (9) 9+2* 11

Anagrafica 2014: Ricercatori: 33, FTE: 25,2

*Dipendono dalla possibilità di contribuire alla meccanica delle camere

Spare Slides

Physics with GAMMA-400

Attivita’ previste a Trieste• Trieste sara’ la Sezione capofila per la costruzione del convertitore/tracciatore

al Si-W e della parte al silicio dell’Imaging Calorimeter CC1 (24 m2 di rivelatori a microstrip)

– Definizione delle specifiche e design dei rivelatori;– Test e caratterizzazione dei rivelatori in camera pulita– Test dell’elettronica di front-end– Prototipaggio dei ladder completi prima della fase industriale– Progettazione e realizzazione del DAQ– Gestione e controllo della costruzione del modello di volo e del modello

ingegneristico• Sviluppo dell’elettronica di front-end per il Calorimetro a cubi CC2 (sinergia

con CaloCube)• I costi di approvvigionamento dei materiali (rivelatori, elettronica, ecc.) ed i

costi industriali sono a carico di Roscosmos, secondo quanto definitonell’MoU in fase di stesura

• Proseguira’ inoltre l’attivita’ di simulazione nel framework GEANT4 implementato in questi anni delle performance del rivelatore, del trigger, delleefficienze, ecc.

The new B2 baseline

B2 over B1 improvements:• Introduction of the highly segmented

homogeneous calorimeter with CsI cubes ⇒ improved energy resolution, extended GF with lateral particle impingement, nuclei capability

• Increase of the planar dimensions ofthe calorimeter (from 80 cm x 80 cmto 100 cm x 100 cm) ⇒ larger Aeff

• Si strip detector pitch of the 2 CC1layers decreased from 0.5 mm to0.1 mm

Spectral energy distribution

IC peak : 53 ± 3 GeVNo hint of integral flux variability on daily scales at E > 300 GeV

Galactic new discovery: PWN 3C 58

arXiv:1405.6074 : accepted for publication

The lowest luminosity detectedin a VHE PWNe

Positron Energy Spectrum

Moskalenko& Strong 98Secondary production

T. Delahaye et al., A&A 524 (2010) A51Secondary & Seconday+Primaryproductions (from Astrophysical Sources)

D. P. Finkbeineret al., JCAP1105, 002 (2011).Secondary+primary production (from dark matter annihilation