Introduzione Spin importante in fisica atomica e QED Stern – Gerlach risolutivo per la Fisica Quantistica nucleare Modello a shell ecc. particellare e QCD Contributi dei costituenti subnucleare allo spin del nucleone. ed altro (spintronica) ... Possibilità di produrre sistemi in uno stato quantistico definito Possibilità di produrre sistemi in uno stato quantistico definito e soprattuto sui bersagli gassosi polarizzati. e soprattuto sui bersagli gassosi polarizzati. Bersagli gassosi review: Bersagli Gassosi polarizzati (G. Ciullo) Laboratorio di Rivelatori LS http://www.fe.infn.it/~ciullo/Lab_LS/2003_polarized_gas_target_RPP.pdf Premesse di utilizzo come bersagli Il tasso di produzione di una reazione (Rate) R = σ ° L σ = cross section, L= luminosity Possiamo prendere come definizione quanto sopra, la luminosità è una grandezza che moltiplicata per la sezione d’urto fornisce il tasso di produzione di una reazione (interaction rate). L luminosità di un bersaglio di spessore t (nucleoni cm -2) esposto ad un fascio di intensità I (particelle sec -1 ) L * I L=t * I Bersagli Gassosi polarizzati (G. Ciullo) Laboratorio di Rivelatori LS
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2008 2009 lezione 6 fasci atomici e bersagli gasciullo/Lab_LS/06_fasci_atomici_e_bersagli_gas.pdf · Acceleratori e bersagli Figura di merito luminosità: L =atom/cm2 ⋅partic/sec
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IntroduzioneSpin importante in fisica atomica e QED
Stern – Gerlach risolutivo per la Fisica Quantistica
nucleareModello a shell ecc.
particellare e QCDContributi dei costituenti subnucleare allo spin del nucleone.
ed altro (spintronica) ...
Possibilità di produrre sistemi in uno stato quantistico definitoPossibilità di produrre sistemi in uno stato quantistico definitoe soprattuto sui bersagli gassosi polarizzati.e soprattuto sui bersagli gassosi polarizzati.
Bersagli gassosi review:
Bersagli Gassosi polarizzati (G. Ciullo)Laboratorio di Rivelatori LS
Bersagli Gassosi polarizzati (G. Ciullo)Laboratorio di Rivelatori LS
Bersagli Gassosi polarizzati (G. Ciullo)Laboratorio di Rivelatori LS
spin filtering di p
Accesso alla trasversità mediante precessi Drell-Yan
Bersaglio Polarizzato:e saglio ola izzato:
Filtro in spin
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Esperimento FILTEXp
dP/dt=0 012/h Bersagli Gassosi polarizzati (G. Ciullo)Laboratorio di Rivelatori LS
dP/dt=0,012/h
287Possibile stima della pressione attesa: ma I?
L=14 + 187.5 +20+100+270+287-57.5 mm =821 mmωd ϑϑπωϑπω
ddAvnd
d sin2su integrando ,cos4
Q ==
d AA
I1
sd nvA
lI
204π
=
lblbA ⎞⎛2
51
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s
lmbar
s
lmbarQ
l
AQ d ⋅
⋅=⋅
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅== − 5
020
107.31821
5
4
1
ππ
π
mbarP 55
105.21
105.3 −−
⋅=⋅
=lD
C 5.18
11.121.12
33
=⋅==5.1sL 8
lDT 1100 32/132/1⎞⎛⎞⎛
s
l
L
D
M
TC 4.3
8
1
2
10081.381.3
32/132/1
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛⋅= mbarP 5
5
1014.3
105.3 −−
⋅≈⋅
=
1025000
1
;/ 1Q
41 ⋅==
=
−
in
mbarP
slmbar
l/smbar 15,015,0*14
2)14/4(tan
4
50005,11
112
1
=⋅
=ΔΩ
= ==− k
QkQQπ
ππ 44 ππ
bQ 52 103P −
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mbarS
Q 5
2
22 103P ⋅==
Misure di dissociazione
F t di dFotodiodo
QMALED
QMA
Necessità dell’utilizzo di un chopper per la sottrazione del fondo.
⎟⎞
⎜⎛
n 1
⎟⎟⎟
⎠⎜⎜⎜
⎝+
=+
=
a
mma
a
nnnn
n
21
1
2αGrado di dissociazione
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⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
an 1
Calibrazione
⎟⎟
⎠⎜⎜
⎝+
=+
=
a
mma
a
nnnn
n
212α
kT
vvk
a
mv
22
21
⎞⎛
==
)i( di i/detionS
m
kTvv ave
22⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=≡π
m)a,i(pedici /det =⋅⋅∝ iiioniii vnS εσ
640+Hion σσS 64.0
2
==+
+
H
Hionm
aσσ
σSQMA Pion Pdet
ma
a
aam
amis
SkS
S
Sv
S
S
⋅⋅+=
⋅+
=2
2εσ
αma
mmm
aa
a
ma S
vS ⋅
⋅⋅+ 2
εσ
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Per determinare α dobbiamo determinare k.
Misure di ToF
Fotodiodo
QMALED
QMA
Lt = ;
A lL
dtt
vt
=+
=1
1 ;
Area ugualedvv
dtt−
=+1
1
L
Ld
v
Lt =
11 ;
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dvvdtt
−=+
11
Lt 1 0
⎪⎪⎫=
vv
Lt
vv
Ltt
vt
ord
δδ
δδ
21
1
1
11 0
: cui da ≈⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
=+vv δ1 ⎪⎭−
La frazione infinitesima di molecole di velocità tra v e v + δv èLa frazione infinitesima di molecole di velocità tra v1 e v + δv è f(v1) δv, coincidente con g(t1 )δt
ttgvvf δδ )()( ⎫=
vv
Lt
ttgvvf
δδ
δδ
21
11
ha si cui da )()(
⎪⎭
⎪⎬⎫
=
=
vv
Ltgvvf δδ
21
11
1
)()( =
⎭
1
)( )()(2
2 tgtL
tgvfvtL
==
=
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)( )()( 2 tgLv
tgvf =
Tempo di volo con QMAl d l di i lIl quadrupolo di massa misura la corrente
di molecole ionizzate nel suo volume A*l
(A area ortogonale al fascio, l lunghezza del volumetto)
S(t) l d l i l tS(t) segnale del rivelatore
v
dv lAJ(t) ⋅⋅∝S
Ma Jdv=vnf(v)dv, pertantov
dvvnfS )((t) ∝
( ) dtL( ) 2tdtLt
Lddv −==
dv /2 22
f( )d α−
( ) ( )dttLet
dvepertL
v
2//2
/2
222
)/1(
vf(v)dv α
α
−=
=∝
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( ) dtettS tL 222 //4 )/1()( α−∝
⎞⎛ 2
Fasci effusivi e supersonici⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ −
∝2
2
2)( αv
GAS evvf
l ità iù b bil
Maxwell-Boltzmann
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ − 2
2
3)(v
f
α velocità più probabile
F i ff i⎠⎝∝23)( α
BEAM evvf Fascio effusivo
2/)( Vuv ⎟
⎞⎜⎛ −
( )
2
/
/
/
)(3)(
vV
vV
uS
uv
JET evvf
=
=
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
∝∝
α
α
α
α
Fascio supersonico
( )2)(3/
/
SVvV
uSeV −−
=
=∝
α
α
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Gating Function o Trasmissione
+∞
)( )-T(tG(t) τττ dg∫+∞
∞−
∝ T funzione di trasmissionee distribuzione di ToF g(t)
dt L
fL
g(t)dt ⎟⎞
⎜⎛=
Funzione di distribuzione del TOF g(t) 2 dt
tf
tg(t)dt ⎟
⎠⎜⎝
del TOF g(t)
T id lTrapezoidale Sinusoidale
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Lunghezza di Rivelazione
Nel caso di lunghezza di rivelazione finita ΔL
)/()( dxvxGxD(t)dtGLL
∫Δ+
∝ D(x) probabilitàdi ionizzazione in x
L∫ di ionizzazione in x
∫+∞
∞−
∝ dg )( )-(tT(t)G eff τττ D(x) probabilitàdi ionizzazione in x
∫Δ+
∞
LL
dTD )/()(( )T
dove
T) probabilità∫∝L
dxvxTxD )/()((t)T eff di ionizzazione in x
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Ritardi1. Allineamento tra timing del chopper e fascio2. Ritardo tra timing chopper e elettronica3. Ritardo nel rivelatore – deriva (QMA).4. Ritardo nella elettronica
1. Rotazione lenta ed inversione chopper2. Difficile – laser e fotomoltiplicatore/confronto
con photodiode.3 C bi t l di tt d l l3. Cambiare eemiss e stare al disotto del valore con
ritardi. Deriva degli ioni scala m1/2 Masse differenti o molecole poliatomiche.differenti o molecole poliatomiche.
4. Ritardo elettronico trascurabile se si usa elettronica digitale.
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