Lezioni

aa2019-2020 Laboratorio di Fisica Nucleare e Subnucleare

CdL Magistrale in Fisica

Lezione 1, venerdì 6 Mar 2020

Particelle metastabili

Introduzione, elenco delle particelle metastabili, masse, vite medie e modi di decadimento prevalenti: leptoni carichi, pioni, mesoni K carichi e neutri, mesoni D e B; protone e neutrone, barioni con stranezza.

Lezione 2, lunedì 9 Mar 2020

Applicazioni di cinematica relativistica

Trasformazioni di Lorentz, unità naturali, trasformazione dei quadrimpulsi, l'invariante relativistico s; urto tra un proiettile e un bersaglio fisso nel laboratorio (massima energia trasferita al bersaglio, nell'approssimazione di massa del bersaglio >> massa del proettile); energia delle particelle da un decadimento a due corpi.

Lezione 3, venerdì 13 Mar 2020

Esercizi di cinematica. Mesoni vettori.

I mesoni vettori e il rapporto tra sezione d'urto e+e- in adroni e sezione d'urto e+e- -> mu+mu-.

Scattering di due particelle in due particelle: angolo di scattering nel sistema del laboratorio in funzione dell'angolo di scattering nel sistema del centro di massa;

Energia di soglia per produzione di: 1) Lambda0 da fascio di pioni su bersaglio fisso (protone); mesoni B da fascio di protoni su bersaglio fisso.

Lunghezza di decadimento media di 1) K carichi da decadimento della phi in un collider simmetrico e+e-, mesoni B da decadimento della Y(4s) in collider e+e-simmetrico e asimmetrico (PEP2).

Lezione 4, lunedì 16 Mar 2020

Interazioni di particelle cariche con i mezzi

Derivazione del rate di perdita di energia per particelle cariche (m>>m_elettrone) nella formulazioen di Bohr. Bethe Block: caratteristiche universali del rate medio di perdita di energia per unita' di spessore di massa, correzioni principali (densità, shell); sezione d'urto differenziale per la produzione di elettroni con energia cinetica T (delta-rays); perdita di energia specifica ristretta (plateau di Fermi); scaling della Bethe-Block con il rapporto di T/M. Range di particelle cariche in approssimazione CSDA. Curva di Bragg. Bethe-Block e range per composti.

Fonti:

http://pdg.lbl.gov/2019/reviews/rpp2019-rev-passage-particles-matter.pdf;

W. Leo;

http://pdg.lbl.gov/2019/AtomicNuclearProperties/index.html

Lezione 5, venerdì 20 Mar 2020

Interazioni di elettroni e positroni con i mezzi. Multiple scattering Coulombiano.

Collisioni inelastiche di elettroni/positroni con i mezzi materiali; Bremmstrhalung: energia critica e lunghezza di radiazione. Scattering multiple Coulombiano (derivazione del rms dell'angolo di scattering dopo uno spessore attraversato dallo scattering di Rutherford).

Lezione 6, lunedì 23 Mar 2020

Interazioni di fotoni con i materiali; sciami elettromagnetici.

Interazione dei fotoni con i materiali: effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di coppie. Andamento delle sezioni d'urto con l'energia del fotone, coefficiente di assorbimento. Sviluppo di sciami elettromagnetici.

Lezione 7, venerdì 27 Mar 2020

Esercizi su cinematica relativistica, interazioni (e.m.) di radiazione (particelle cariche e fotoni) con la materia

Lezione 8, lunedì 30 Mar 2020

Distribuzione di Landau, Radiazione Cherenkov

Fluttuazioni nella perdita di energia per collisioni inelastiche; distribuzione di Landau - Vavilov; parametrizzazione del valore piu' probabile di energia rilasciata in uno spessore moderato di assorbitore. Cessione di energia in un urto di una particella carica con un elettrone legato (regime di parametro d'impatto > raggio atomico, limite di b >~ b_max). Procedura per la derivazione della correzione di densita' e del rate di perdita di energia per produzione di radiazione Cherenkov (formulazione di Fermi).

Lezione 9, venerdì 3 Apr 2020

Interazioni di adroni con i mezzi

Caratteristiche generali della sezione d'urto di adroni con nucleoni. Sezioni d'urto di di adroni con nuclei atomici, dipendenza dal peso atomico . Processi inelastici ed elastici. Caratteristiche generali dello stato finale in collisioni adroniche inelastiche: molteplicita' e composizione delle particelle nello stato finale, momento trasverso medio, distribuzioni angolari. Caratteristiche degli sciami adronici.

Lezione 10, lunedì 6 Apr 2020

Neutroni e muoni di alta energia nei mezzi

Interazioni dei neutroni con i mezzi alle varie energie. Slowing-down di neutroni veloci. Bremmstrahlung di muoni di alta energia, energia critica per i muoni.

Esercizi: multiplo scattering coulombiano, numero di delta-rays con E >E_soglia, muoni di alta energia in acqua.

Lezione 11, venerdì 17 Apr 2020

Caratteristiche generali dei rivelatori

sensitivita', risposta, funzione di risposta, efficienza, risoluzione, tempo di risposta e tempo morto

Lezione 12, martedì 21 Apr 2020

Rivelatori a gas

Fonti: W. Leo, F. sauli (CERN 77-09)

Lezione 13, venerdì 24 Apr 2020

Formazione del segnale - Teorema di Ramo

Fonti: W. Riegler (CERN - Detector Seminar, Signals in Particle Detectors 5 / 09/ 2008 https://indico.cern.ch/event/40444/) local copy:

Lezione 14, lunedì 27 Apr 2020

Formazione del segnale in un tubo a drift e tipologie di rivelatori a gas

MWPC, Drift Chamber; risoluzioni e configurazioni tipiche.

Lezione 15, lunedì 4 Mag 2020

Scintillatori e fotomoltiplicatori

Materiali scintillanti, caratteristiche generali degli scintilatori, light yield e risposta in tempo. Fotomoltiplicatori, effcienza, e guadagno caratteristici. Raccolta di luce. Intensita' del segnale elettrico in uscita da un PMT al passaggio di una m.i.p. in uno scintillatore plastico.

Lezione 16, venerdì 8 Mag 2020

Scintillatori e fotomoltiplicatori

Intensita' del segnale elettrico in uscita da un PMT al passaggio di una m.i.p. in uno scintillatore plastico. PMT in campo magnetico, Afterpulse.

Lezione 17, lunedì 11 Mag 2020

Setup per la misura della vita media del muone. Segnali veloci, elettronica NIM

Setup per la misura della vita media del muone. Elettronica NIM. Discriminatori, Fan-in Fan out

Lezione 18, venerdì 15 Mag 2020

Elettronica NIM, Tecniche di coincidenza. Setup per la misura della vita media del muone: scelta del punto di lavoro per gli scintillatori.

Contatori, moduli di coincidenza e di logica di majority. Linee di ritardo. Generatori di gate/delay. Scan di HV e di soglia per gli scintillatori. Curve di ritardo.

Lezione 19, lunedì 18 Mag 2020

Elettronica NIM, Tecniche di coincidenza. Setup per la misura della vita media del muone: implementazione della logica per selezionare segnali per candidati muoni arrestati nel ferro.

Implementazione della logica per selezionare segnali per candidati muoni arrestati nel ferro: coincidenza dei primi re piani con veto del secondo; problematiche di timing e diagnostica.

Lezione 20, venerdì 22 Mag 2020

Misura del ritardo tra il segnale di candidato elettrone dal decadimento del muone

Logica per la costruzione del segnale di elettrone dal decadimento del muone; TAC; processamento del segnale in uscita dal TAC; ADC per l'integrazione integrazione; costruzione del segnale di gate per l'ADC.

Lezione 21, lunedì 25 Mag 2020

Calibrazione della catena di misura: TAC + ADC

Calibrazione del sistema di misura: TAC + ADC; costruzione di segnali a ritardo controllato da usare come start e stop del TAC.

Lezione 22, venerdì 29 Mag 2020

Muoni a anti-muoni arrestati in Fe; come interpretare i dati

Vita media de muone i n Ferro (cattura nucleare e decadimento)

Lezione 23, lunedì 1 Giu 2020

Root, illustrazione del formato dati e delle macro di esempio per il processamento dei dati

Lezione 24, venerdì 5 Giu 2020

Misura della CCD di un rivelatore a diamante policristallino: generalita' sui rivelatori a stato solido, diamante

Rivelatori a stato solidi isolanti. Il diamante come rivelatre di radiazioen ionizzante.

Lezione 25, lunedì 8 Giu 2020

Misura della CCD di un rivelatore a diamante policristallino: progettazione del setup sperimentale, formato dei dati e macro di analisi.

Lezione 26, giovedì 11 Giu 2020

Root, discussione delle macro di esempio per il processamento dei dati