L'esperimento AMS-02

L'esperimento AMS-02

L'esperimento AMS-02

Che cosa è AMS02 Che cosa è AMS02

Il TRD Il TRD IL TOF IL TOF

Lo spettrometro Lo spettrometro

Il RICH Il RICH

L'ECAL L'ECAL

L'esperimento AMS-02

L'esperimento AMS-02

AMS-02

AMS-02

AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) è uno spettrometro magnetico AMS per lo studio dei raggi cosmici

Flusso continuo di radiazione radiazione ionizzante

ionizzante accelerata da sorgenti sorgenti astronomiche

astronomiche e incidenti sull'atmosfera terrestre.

dN

dE ∝ E

SEGUE UNA LEGGE ESPONENZIALE:

e perde molta energia interagendo con il mezzo interstellare:interagendo con il mezzo interstellare

Bremsstrahlung Bremsstrahlung

Radiazione di sincrotrone

Radiazione di sincrotrone nel campo magnetico galattico

Diffusione Compton inversa Diffusione Compton inversa

FLUSSO ELETTRONICO FLUSSO ELETTRONICO

= =

INFORMAZIONI NUOVE E COMPLEMENTARI AL FLUSSO ADRONICO AL FLUSSO ADRONICO

AMS-02

AMS-02

m m

=0.5 MeV =0.5 MeV

 ^{d dk  ∝ M 1}



 ^{W ∝}



Rivelatori Rivelatori

AMS-02 sarà installato sulla Stazione Spaziale internazionale dove opererà per tre anni.

TRD, il rivelatore di radiazione di TRD transizione;

TOF, il sistema di tempo di volo; TOF

MAGNETE SUPERCONDUTTORE MAGNETE SUPERCONDUTTORE, genera un campo magnetico di circa 0.8 T;

TRACKER

TRACKER, permette di misurare la traiettoria della particella;

RICH, il rivelatore ad anelli ad effetto RICH Cherenkov;

ECAL, il calorimetro elettromagnetico.ECAL

AMS-02

AMS-02

La radiazione di transizione La radiazione di transizione

TRD TRD

Quando una particella carica particella carica incontra una discontinuità discontinuità nell’indice di nell’indice di rifrazione

rifrazione del mezzo

E = 1

3  ℏ 







2. Legata al fattore di Lorentz 2

Radiazione di Transizione (TR)

Radiazione di Transizione (TR)



∝ 1



p e

Contributo dei fotoni emessi per Bremmstrahlung

DISTRIBUZIONE DEI DEPOSITI DI ENERGIA RILASCIATI NEL TRD

Basso ZBasso Z, per evitare di riassorbire i fotoni emessi ( );

Molte superfici di separazione;

N_~ 1 137

Caratteristiche Caratteristiche

TRD TRD

Efficienza richiesta:

R

p/e+

< 10

÷10

Come si ottiene? Come si ottiene?

Radiatore Radiatore

PER OGNI STRATO

Tubi (diametro ~ 6 mm) riempiti di una miscela gassosa

miscela gassosa

SI IONIZZA:

= =

20 strati di dielettrico

20 strati di dielettrico (22 mm) intervallati dal vuoto

scarica letta da fili all'interno del tubo (funzionano in regime proporzionale)

20% CO 20% CO

80% Xe

80% Xe

Caratteristiche Caratteristiche

TOF TOF

4 piani 4 piani

formati da

scintillatori scintillatori Bicron B408 Bicron B408

+ + 2-3 fototubi 2-3 fototubi

per scintillatore

Guide di luce Guide di luce

in plexiglass

Fotomoltiplicatori Fotomoltiplicatori

+ + + +

Risoluzione attesa (Z=1)

Risoluzione attesa (Z=1) : : 140÷150 ps, che permetterà di separare e da p fino ad un'energia di 1.5 GeV.

Scopo del TOF:

Scopo del TOF:

Trigger;

Rivelare il punto di passaggio di una particella;

Calcolare ;

= L

c ⇒m

R= p

Ze= m 

Ze ⇒ m= R

  Ze L

Il sistema di anticoincidenze Il sistema di anticoincidenze

ACC ACC

8 scintillatori

8 scintillatori

Scopo di ACC:

Scopo di ACC: Veto per il trigger!

Elimina Elimina gli

eventi generati dall’ interazione interazione con il magnete e la struttura di con il magnete e la struttura di

sostegno

sostegno.

Misure effetuate: Rigidità Misure effetuate: Rigidità

SPETTROMETRO SPETTROMETRO

Forza di Lorentz

Forza di Lorentz  F =q v×B Traiettoria curvilinea

II legge di Newton:

II legge di Newton:

q v×B=m v

r r= p v

r  ⇒ r= R

B ⇒ R =rB

Come si misura r?

Come si misura r? METODO DELLA SAGGITTA METODO DELLA SAGGITTA

2≈2r  2

S=r





S=P2−P₁P3

2

dipende da

B

Risoluzione:

Risoluzione:

Energia;

Multiple scattering;

Rigidità Rigidità

B

Misure effetuate: dE/dx Misure effetuate: dE/dx

SPETTROMETRO SPETTROMETRO

dE

dx Deposito di energia per ionizzazioneionizzazione

LEGGE DI Bethe-Bloch: Bethe-Bloch:

Ad energie non relativistiche:

−dE

dx ~ 1

²

Fino al raggiungimento della M.I.P.M.I.P.

−dE

dx ~ln

Ad energie relativistiche:

SALITA RELATIVISTICA SALITA RELATIVISTICA

−dE

dx =2  Nar_e²m_ec² Z A

z²

²

[

^

^

]

SPETTROMETRO

SPETTROMETRO

Magnete superconduttore

Magnete superconduttore 14 spire in cui circolerà una corrente di 450 A _{14 spire}

DIPOLE COILS

DIPOLE COILS

RACETRACK COILS

RACETRACK COILS

Superconduttività Superconduttività:

solo a temperature di 1.8 K

Raffreddamento con 2600 litri di elio superfluido 2600 litri di elio superfluido (“raffreddamento per evaporazione”)

intrappolano il campo magnetico all'interno (B=0.85 T)B=0.85 T

Riducono il campo di dipolo all'esterno di AMS

8 strati 8 strati

di rivelatori al silicio di rivelatori al silicio

30 m B 

2 piani esterni (un solo strato)

3 piani interni (doppio strato)

LADDER LADDER

contenenti 7-15 sensori al silicio: sensori al silicio:

7 m² di superficie attiva 200000 canali di lettura

Wafer di silicio (7x4 cm² )

SPETTROMETRO

SPETTROMETRO

Ri sol uzi on e:

10 m v× B

n

n⁺ p⁺

++ + +

+ _ __

_

0 V

+40-50 V

OGNUNO FORMATO DA

Risoluzione:

Risoluzione: ¹⁰  m v× B

RICH RICH

Se  1

n ⇒ EFFETTO CHERENKOV EFFETTO CHERENKOV

= =

Polarizzazione degli atomi → DIPOLI ELETTRICIDIPOLI ELETTRICI

VARIAZIONE NEL TEMPO VARIAZIONE NEL TEMPO

DELLA CARICA DI DELLA CARICA DI

DIPOLO DIPOLO

Radiazione elettromagnetica

Radiazione elettromagnetica che si propaga con un fronte d'onda conico

cos=ct n⋅ 1

 ct

^min=0

^max=arccos





d²N

dx dE=z² Lsin²

→ →

RICH RICH

= Ring Imaging Cherenkov

= Ring Imaging Cherenkov

CONTATORE DIFFERENZIALE → Misura l'angolo di Cherenkov

Piano di Areogel:

Piano di Areogel:

fluoruro di sodio (NaF) nella parte centrale

(~35x35x0.5 cm³,n=1.33)

Per il resto della supeficie: Aerogel a base di ossido di silicio (SiO₂)

(spesso 2.7 cm, n=1.05)

Spazio vuoto Spazio vuoto

(spessore 40cm)

Specchi

Specchi

Piano fotosensibile

Piano fotosensibile → Misura l'angolo di emissione della radiazione emessa, attraverso gli anelli di Cherenkov.

RICH RICH

Risoluzione:

Risoluzione: Δβ/β~ Δβ/β~ 10 10

Perchè conoscere β?β?

p=m  =m 

1² ⇒ = 1



RISOLUZIONE

TOF PER e RISOLUZIONE

RICH PER e

P GeV/C e

p

ECAL ECAL

Bremmstrahlung + produzione di coppie = =

SCIAMI ELETTROMAGNETICI SCIAMI ELETTROMAGNETICI

dE

dt ∝t^e^−t t_max=ln E₀

E_c 1 ln2

t_95%=t_max0.08Z9.6

(Sviluppo longitudinale)

(Massimo dello sciame)

(Contenimento longitudinale)

E_c= Energia critica

E0

ECAL ECAL

Compito principale

Compito principale misurare l’energia di γ, e

separarli dalla componente adronica del flusso.

parallelepipedo a base quadrata parallelepipedo a base quadrata

(lato 65.8cm, spessore 16.5cm).

9 superlayer

9 superlayer

CALORIMETRO A SAMPLING:

CALORIMETRO A SAMPLING:

SUDDIVISO IN

STRATI PASSIVI

STRATI PASSIVI (11): Piombo

STRATI ATTIVI

STRATI ATTIVI: Fibre scintillanti (d~1mm)

4 parallele all'asse x

5 ortogonali all'asse x

Immagini 3-D dello sciame prodotto

ECAL ECAL

d = distanza tra i scintillatori;d XX₀₀ = lunghezza di radiazione;

LA PRECISIONEPRECISIONE DELLA MISURA AUMENTA AL AUMENTA

CRESCERE DI E CRESCERE DI E

RISOLUZIONE PREVISTA PER ECAL

PER e

E_ECAL GeV

  E 

E ∝



