Targhette Polarizzate Attive( Elettroni / Nuclei )

Fisica Neutrino e Violazioni Parita’

• Fisica del neutrino e Interazioni attraverso SPIN

• Targhette Polarizzate Attive Paramagnetiche GSO, CeF……. Misure eseguite confermano la bonta’ dell’idea Misurata Scintillazione e Suscettivita’

Piano di Ricerca

• Richieste :Finanziarie ,Sezione, F.T.E.

POLARIS

Fisica del neutrino e Interazioni che Violano Parita’

- L’interazione debole , attraverso la sua Hamiltoniana di interazione,

pesa l’elicita’ degli stati interagenti.

- Neutrino “ Left Handed “ interagisce con elettrone “Left Handed”

- Cio’ apre la possibilita’ sperimentale di accendere e spegnere le

interazioni dei neutrini in materia polarizzata.

- Negli ultimi anni i teorici hanno sottolineato tale peculiarita’ in varie situazioni:

A) Sezione d’urto differenziale neutrini Vs elettroni (nuclei)

B) Scattering in Avanti dei Neutrini e Campo Magnetico Efficace

C) Violazione di CP attraverso esperimenti di EDM e Assioni

D) Accoppiamenti Gravito-Magnetici su Particelle Elementari

Scattering di neutrini su elettroni polarizzati • Passera , Minkhowski, Valle, Bernabeu, Rasha ……..

Forward Neutrino Scattering : Weak/ E.M Interaction

)0()0( rl ff

)0()0( rl ff

La propagazione di un onda in un mezzo contenente centri di scattering puo’essere descritta da un indice di rifrazione.

L’indice di rifrazione e’ correlato all’ampiezza di scattering in avanti f(0).

In un mezzo ottico attivo l’indice di rifrazione per un onda destrorsa e’ diverso da quello di un’onda sinistrorsa.

Il potere rotatorio ( rad/cm) di un mezzo con N centri di scattering/cm3 e Lunghezza d’onda Lambda e’ :

( In ottica circa 1 rad/cm)

Se ho interazioni con ampiezze di scattering forward in avanti con

allora ho effetto “Rotatorio”

)]0()0(Re[ rlscat ffN

Tale effetto e’ presente per le interazioni deboli ed e’ stato osservato

Sia sul neutrone ( Ramsey) che sugli Atomi (Bouchiat)

= 10^-7 rad/cm

L’effetto per il neutrino : Michael,Stodolsky,Langacker,Gelmini

I neutrini esercitano un torque sulla particella di spin s data da :

veAf nsgG 22

( 1 )

Su Materia Polarizzata e’ come se fosse presente un Campo Magnetico Efficace

t 2

Microsoft Equation 3.0

Attualmente si misurano Campi di 10-^20 T

Targhette Polarizzate & Magnetismo

Magnetismo Elettronico e Nucleare

Ferromagnetismo

Paramagnetismo

Diamagnetismo

Antiferromagnetismo

Interazione IperfinaB locale 10 teslaGrado Polarizzazione Nucleare decine%

TKB BlocaleN

Paramagnetismo

1)Elettroni Spaiati in Atomi o Molecole

2)Atomi con Orbitale Interno Non Completo

Elementi transizioni e Terre Rare

Densita’ elettroniche polarizzate 7*10^22 el/cm3

Campi Magnetici in Materia Tali da PolarizzareNuclei con gradi di polarizzazione elevati

Cristalli Paramagnetici Scintillanti e Tempi di Rilassameneto Elettronico

Cristalli Con Elementi Transizioni E Terre Rare GSO,YAG etc…..

80% saturazione a 1T e 2 K

Tempo rilassamentoGiorni a bassi campi

Attualmente i Bolometri Paramagnetici Presentano le migliori Risoluzioni Energetiche Tra tutti i rivelatori DE = meV / (Hz)^1/2

0.000 100

1.000 104

2.000 104

3.000 104

4.000 104

5.000 104

6.000 104

7.000 104

8.000 104

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

SQUID_0527 scheggia 0.0030 g M(H)

M teoM (emu/mole)

M (

emu/

mol

GS

O)

B (Oe)

Misure Magnetiche su GSO = Gd2SiO5

Polarizzazione di circa 7% a 4 Kelvin 4 Tesla

Campo Magnetico su nucleo 500 Tesla

MCA

22Na

PMT

H.V.-1125

V

Amplifier

PC

Lightpulser

GSO

Quartz bar

magnet

Fiber optics

Misure di Scintillazione a freddo e Campo Magnetico

0 1000 2000

0

10

20

Co

un

ts

Channel

1600a

0 500 1000 1500

0

30

60

Co

un

ts

Channel

680a

B=1 TT= 13K

B=1TT=300K

H.V.1800 V

Pre AmpSelectiv

eAmp

Fast filter Amp

MCA

PCAPD

6keV source

APD Measurements: A) 6 keV cold testing + B) GSO spectral measurements

0 1000 2000 3000

0

30

60

Peak 440ch:height = 38.24center = 440HWHM = 67.64

Source (6 keV)3029

Co

un

tsChannel

440

Pulse:f = 20 Hzt = 1 sA = 200 mV

APD T= 300K Ch.numb 440= 1200 el.

1200 1225 1250 1275 1300 1325 1350

553

1106

1659

2212

2765

3318

3871

4424

Data: Data1_BModel: ExpGro1 Equation: y = A1*exp(x/t1) + y0 Weighting:y No weighting Chi^2/DoF = 26408.65802R^2 = 0.99339 y0 131.14148 ±121.77834A1 1.3357E-14 ±5.794E-14t1 33.4475 ±3.58888

6 keV sourceAPD at cold: T

plate = 13.8 K

Integr.time = 500 nscoarse gain = 100fine gain = 1

Gai

n

APD Voltage

0 500 1000 1500

0

200

400

600

662 keV sourceis about 1190 channelAPD Volt = 1800Vsh.time

1=500 ns

sh.time2=500 ns

Co

un

ts

Channel

APD @ 4 Kelvin (13 K)

Prima Volta che si dimostra la Possibilita di avere un APD funzionante a 4 K

Spettro 660 Kev GSO+ APD

Antiferromagnetismo

Molti cristalli Luminescenti Alto Yield

MnF2

Bext. Regola Grado Polar.

MnF2 Properties

Manganese ha : 5 elettroni spaiati su 25 sullo stato 3d interno

+ 2 elettroni chimici sul 4s

MnF2 possiede il 12 % degli elettroni polarizzati ( 5 / 43 )

Campo Magnetico Interno sotto la temp. Neel = 1,4 Tesla

Luminescenza attorno a 600 nm ( APD Silicio )

Electron irradiated crystal

Possibilita’ di controllare anche gli Spin Nucleari in Sistemi Magnetici

Li7 , F19 ,Be9

Nuclei con + alta Sezione d’urto via Nuclear Excitation via Neutral Current

Targhette Polarizzate Attive possono Fornire Calorimetri Elettromagnetici

Con Campo Magnetico “ Built In “

Miniera Non Esplorata Sperimentalmente

Targhette ad Alta Densita’ di Polarizzazione e Tempi di Rilassamento Lunghi

Per Esperimenti Tipo EDM / Assioni / Long Range Spin-Spin Interaction

Studio Combinato Parametri Magnetici e di Risposta alle Radiazioni Ionizzanti

Attraverso Luce di Fluorescenza e Stato di Polarizzazione Luce Associata

Criostato Liquid Helium con Campo Magnetico 1 T con porta ottica

Piano Ricerca 2 Anni:

Sezioni : Padova , Cagliari , Trento