Determinazione della velocità
media dei muoni dai raggi cosmici
I.
II.
III.
Interesse fisico della misura
Principio della misura
Sistema sperimentale
a. Rivelazione dei muoni
b. Apparato sperimentale
c. Logica di trigger e acquisizione
d. Misure dei tempi e presa dati
IV. Analisi dei dati
a. Stima del tempo di volo
b. Stima delle distanze
c. Analisi su diverse distanze
V. Piano di lavoro
I. Interesse fisico della misura
Raggi
cosmici
primari
Strati alti atmosfera
sciame
~10
km
±
suol
o
Osservazione al suolo dei
muoni è paradossale
dovrebbero disintegrarsi
prima!
La velocità dei muoni deve
essere prossima a quella
della luce!
II. Principio della misura
Misura di velocità dal tempo di volo (TOF)
ti
L
tf
L
V
t f ti
• misura concettualmente semplice
• c≈ 3.108m/s dunque per L~1 m→ Dt~3 ns!
• sistema “veloce” (rivelatore, elettronica, ecc..)
• tipica configurazione esperimento della fisica sub-nucleare:
trigger, acquisizione dati , analisi off-line.
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III. Sistema sperimentale
a. Rivelazione dei muoni
Rivelatore a scintillazione:
una particella carica genera una luce
scintillante in particolari cristalli
fotomoltiplicatore
Scintillatore
guida di luce
V
Per misure di tempo
risoluzione ~ns (10-9 sec)
t
Segnale analogico
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b. Apparato sperimentale (Stazione dei raggi cosmici ATLAS)
Piano 1
V
t
L~3m
V
t
Dt~10 ns
Piano 2
Due piani di
scintillatori
Geometria e rivelatori:
• superficie scintillatori ~ 1m2
• distanza fra i piani L=(295±1)cm
• piani di camere a fili per misurare le tracce
Strato di
20cm di ferro
Piano di camere a fili
ANALOGICO
STANDARD NIM: elaborazione logica con i segnali
V
t
“0” V
“1”
t
Discriminatore: crea un impulso
NIM se segnale supera
un
valore di siglia
Una volta ottenuti i segnali nello standard NIM si può
implementare, con moduli elettronici dedicati, la logica
di trigger e la procedura di acquisizione (ritardi, start
clock, veto, busy, ecc…)
Signal d’entrée et signal créé par le discr
c. Logica di trigger e di acquisizione
“ALTO”
“BASSO”
“BASSO”
“ALTO”
TRIGGER
Grazie a un TDC si
salvano su PC i
tempi di passaggio
rispetto al trigger
d. Misura dei tempi e presa dati
D
t1
T1
h
t2 h
X1
T2
t1 b
X2
±
t2 b
Indipendente dalla posizione di passaggio
della particella!!
NIM mean timer
<X>≈ 17,4ns
IV. Analisi dei dati
a. Stima del tempo di volo
b. Stima della distanza effettiva
(correzioni per noise, ecc…)
L
Usando la distribuzione
angolare dei raggi cosmici:
Metodo sperimentale, misurando la distanza
percorsa dalle tracce con delle camere a fili.
Si deve correggere la misura del tempo di volo
DTvol per il ritardo T* dovuto alla differenza di
lunghezza fra i cavi alto–basso
grande incertezza ~1ns
c. Misurare a diverse distanze distanze
Possibile differenza di risposta assoluta in
tempo dei due scintillatori può provocare una
differenza sistematica nei tempi difficile da
correggere
-> lavorare per sottrazione (almeno due
distanze)
stesso
V. Piano di lavoro
• Fenomenologia: dilatazione relativistica, raggi
cosmici, produzione dei muoni, ecc…
• Tecniche sperimentali: scintillatori, fototubi,
elettronica NIM, ecc…
• Set- up dell’apparato
• Presa dati ed analisi
• Inizio a gennaio 2014
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