Targhette Polarizzate Attive
( Elettroni / Nuclei )
Fisica Neutrino e Violazioni Parita’
POLARIS
•
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.
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
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.
f l (0) f r (0)
Il potere rotatorio ( rad/cm) di un mezzo con N centri di scattering/cm3 e
Lunghezza d’onda Lambda e’ :
N scat Re[ fl (0) f r (0)]
( In ottica circa 1 rad/cm)
Se ho interazioni con ampiezze di scattering forward in avanti con
f l (0) f r (0)
allora ho effetto “Rotatorio”
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
(1)
I neutrini esercitano un torque sulla particella di spin s data da :
2 2G f g A se nv
2t
Su Materia Polarizzata e’ come se fosse presente un Campo Magnetico Efficace
Attualmente si misurano Campi di 10-^20 T
Targhette Polarizzate &
Magnetismo
Magnetismo Elettronico e Nucleare
Ferromagnetismo
Paramagnetismo
Diamagnetismo
Antiferromagnetismo
N Blocale K BT
Interazione Iperfina
B locale 10 tesla
Grado Polarizzazione
Nucleare decine%
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 Polarizzare
Nuclei 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 rilassamento
Giorni a bassi campi
Attualmente i Bolometri Paramagnetici
Presentano le migliori Risoluzioni
Energetiche Tra tutti i rivelatori
DE = meV / (Hz)^1/2
Misure Magnetiche su GSO = Gd2SiO5
M (emu/mol GSO)
SQUID_0527 scheggia 0.0030 g M(H)
8.000 10
4
7.000 10
4
6.000 10
4
5.000 10
4
4.000 10
4
3.000 10
4
2.000 10
4
1.000 10
4
0.000 10
0
M teo
M (emu/mole)
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
B (Oe)
Polarizzazione di circa 7% a 4 Kelvin 4 Tesla
Campo Magnetico su nucleo 500 Tesla
Misure di Scintillazione a freddo e Campo Magnetico
H.V.
-1125
V
Amplifier
MCA
PC
Light
pulse
r
Fiber optics
PMT
Quartz bar
magnet
20
10
a
680
Counts
Counts
60
B=1T
T=300K
1600
22Na
GSO
a
B=1 T
T= 13K
30
0
0
0
0
1000
2000
Channel
500
1000
Channel
1500
APD Measurements: A) 6 keV cold testing + B) GSO spectral measurements
Source (6 keV)
60
440
Counts
APD T= 300K
Ch.numb 440= 1200 el.
Peak 440ch:
height = 38.24
center = 440
HWHM = 67.64
3029
Pulse:
f = 20 Hz
t = 1 s
A = 200 mV
30
6keV
source
0
0
1000
2000
Channel
APD
PC
MCA
H.V.
1800 V
Pre Amp
Selectiv
e
Amp
Fast filter
Amp
3000
APD @ 4 Kelvin (13 K)
6 keV source
APD at cold: Tplate = 13.8 K
4424
Integr.time = 500 ns
coarse gain = 100
fine gain = 1
3871
Prima Volta che si dimostra la
Possibilita di avere un APD funzionante a 4 K
Data: Data1_B
Model: ExpGro1
Equation: y = A1*exp(x/t1) + y0
Weighting:
y
No weighting
2765
2212
Chi^2/DoF
= 26408.65802
R^2
= 0.99339
1659
y0
A1
t1
131.14148
1.3357E-14
33.4475
±121.77834
±5.794E-14
±3.58888
1106
553
1200
1225
1250
1275
1300
1325
1350
APD Voltage
662 keV source
is about 1190 channel
APD Volt = 1800V
sh.time1=500 ns
600
sh.time2=500 ns
Counts
Gain
3318
Spettro 660 Kev GSO+ APD
400
200
0
0
500
1000
Channel
1500
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 “
Targhette ad Alta Densita’ di Polarizzazione e Tempi di Rilassamento Lunghi
Per Esperimenti Tipo EDM / Assioni / Long Range Spin-Spin Interaction
Miniera Non Esplorata Sperimentalmente
Piano Ricerca 2 Anni:
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
Sezioni : Padova , Cagliari , Trento
