5 Marzo 2003
Relatore: Alessandra Tonazzo
Acceleratori e Rivelatori
di Particelle
Piccole dimensioni
<-> grandi energie
Particelle di alta energia come esploratori del
microcosmo
Acceleratori di particelle come strumenti per studiare la
fisica delle particelle elementari
Un acceleratore naturale:
I raggi cosmici
1 muone/(min cm2)
al livello del mare
scoperti con misure
di conducibilità in quota
misure in camera a
nebbia (Wilson, 1911)
rivelata luce blu
nell’atmosfera
(Cherenkov, 1934)
Cockroft Walton
CERN, protoni da 800 keV
Ciclotrone
1930, Lawrence, protoni da 100 MeV
L’evoluzione degli acceleratori
Il sincrotrone
Cavità acceleratrici
a radiofrequenza
Acceleratori lineari e circolari
Stanford Linear Accelerator
Center (California)
Fermilab (Chicago, IL)
Tevatron
Magneti dipolari di curvatura
LEP (e+e- a 200 GeV)
LHC (pp a 14 TeV)
produzione di antiparticelle
E` possibile accelerare particelle
e antiparticelle nella stessa
macchina (1960, Toushek,
Anelli di Accumulazione)
L’acceleratore LEP del CERN : alcune caratteristiche
Energia dei fasci e+,e- : da 50 GeV a 105 GeV
che cosa significa ?
• velocità della luce c = 300000 km/s
velocità degli elettroni nel LEP v = 0,99999… c
differenza c-v = 1.5 cm/s -> una lumachina !
• energia a riposo degli elettroni m c2 = 0.000511 GeV
fattore di Lorentz γ = E/mc2 = 10000 -> un topolino
diventa un elefante !
Circonferenza : 27 km
Misura dell’energia dei fasci di LEP
Precisione eccezionale: 10 parti per milione (ppm) !!!
Sensibile a maree…
…passaggio treni !!!!
LHC
• In costruzione nello
stesso tunnel di
LEP, entrerà in
funzione nel 2007
• Energia delle
collisioni = 14 TeV
• Esplorerà i problemi
aperti del Modello
Standard: Masse
(Higgs) e
Unificazione delle
forze
I primi rivelatori di particelle
La rivelazione delle particelle si basa sugli
effetti prodotti dal loro passaggio nella
materia.
Contatore Geiger (1910)
Camera a nebbia di Wilson (1927)
Camera a bolle (1950)
Rivelatori di particelle : principio di funzionamento
IONIZZAZIONE
Particella
carica
elettrodo positivo
+
HV
-
gas
elettrodo negativo
- +
- +
- +
- +
Impulsi di
corrente
Rivelatori elettronici di particelle
Misura della quantità di moto
Dalla curvatura di una particella carica in un campo magnetico
Forza di Lorentz
|F| = q v B
B
F
v
=> la traiettoria segue un arco di circonferenza
dal raggio di curvatura
posso ricavare P = mv
Misura dell’energia
Assorbimento totale in un calorimetro
misuro l’energia depositata
anche per particelle neutre
R
Interazioni di vari tipi di
particelle nella materia.
Struttura modulare
dei rivelatori
Un esperimento a bersaglio fisso:
HARP
Rivelatori
ai collisori
UA2
CDF
L’esperimento ATLAS
A Toroidal Lhc ApparatuS
lunghezza
≈ 40 m
raggio
≈ 10 m
peso
≈ 7000 tons
canali di elettronica ≈ 108
.... e ≈ 3000 km di cavo
Tracciamento : (Barrel, solenoide B = 2 T)
Pixel e strip di silicio
Rivelatore a radiazione di transizione
Calorimetria :
EM (Pb-LAr)
HAD ( Fe-scintillatore, Cu/W-LAr)
Spettrometro a muoni :
Toroide in aria con camere a muoni
……e la sua caverna.
Il laboratorio di Roma Tre per le
camere per muoni di Atlas
I rivelatoridi particelle si basano sulle interazioni elettromagnetiche
… quindi, come possiamo vedere i neutrini ????
µ+ νµ
adroni
Quantità di moto
ed energia
“mancanti”
= neutrino
