31631 - METODOLOGIE SPERIMENTALI IN FISICA E ASTROFISICA DELLE PARTICELLE

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze avanzate sulle più moderne metodologie e tecnologie sperimentali implementate nelle principali ricerche in fisica e astrofisica delle particelle. In particolare, lo studente è in grado di: - descrivere l'importanza di tali ricerche dal punto di vista fenomenologico; - fornire una descrizione aggiornata dei più avanzati rivelatori di particelle, in termini di principi operativi e prestazioni, in relazione alla loro effettiva utilizzazione in recenti, attuali e futuri esperimenti di fisica nucleare e subnucleare, con e senza acceleratori, e di astrofisica particellare; - illustrare le ricadute indotte in vari settori applicativi di numerose metodologie e tecnologie innovative sviluppate nel settore sperimentale della fisica nucleare e subnucleare.

Programma/Contenuti

MODULO 1 - Prof. G. Sartorelli

Le lezioni di questo modulo intendono mostrare quanto e quali effetti hanno le particelle quando interagiscono con il materiale biologico e soprattutto come si possono trasferire le competenze sviluppate per lo studio e la rivelazione delle particelle, nell’ambito della diagnostica e cura in ambito medico. Sarà data una panoramica delle diverse applicazioni con un’attenzione particolare alla tecnica dell’Adroterapia, sia nelle applicazioni già consolidate che alle motivazioni degli studi ed esperimenti attualmente in corso con lo scopo di migliorare sempre più tale tecnica.

MODULO 2 - Dott. M. Selvi

Approfondimento di aspetti concettuali e sperimentali, con esempi di esperimenti, inerenti:

Neutrini: da Supernova, prodotti agli acceleratori di varie tipologie, Neutrino Factory, …

Dark Matter: Teorie di supporto all’esistenza della MO, rivelazione di WIMP con diverse tecniche sperimentali.

Approfondimento su esperimento rivelazione diretta di WIMP con Time Projection Chamber (TPC) riempito di Xenon liquido.

MODULO 3 - Dott. P. Antonioli

Generalità su sistemi di acquisizione dati e conversione segnali analogico/digitale

Descrizione dei moduli elettronici più usati (ADC/TDC, …). Nozioni di base di Trigger e Data Acquisition (DAQ). Esempi di schede elettroniche di base.

Data bus: PCI, VME con esempi di utilizzo e funzionamento e connessioni PC - VME. Esempi di programmi di lettura in C.

Introduzione con esempi sulle principali funzionalità di LabView.

Breve visita in laboratorio con gli studenti per illustrare esempi di crate (CAMAC, NIM e VME), moduli VME e schede PCI di acquisizione.

Ed inoltre due brevi esercitazioni pratiche che permetteranno agli studenti di realizzare semplici programmi con cui esplorare applicazioni di base di Labview sulla gestione di strumentazione o l’acquisizione ed il monitor di dati da un telescopio per Raggi Cosmici.

MODULO 4 - Prof. F.L. Navarria

Alcune proprietà dei muoni. Utilizzo applicato di muoni cosmici. Perdita di energia dei muoni. Energia critica. Range in vari materiali. Scattering multiplo. Spettro di energia e distribuzione angolare dei muoni cosmici sulla superficie terrestre, parametrizzazione. Radiografie di strutture fino a circa 100 m di spessore attraverso la misura dell’assorbimento dei muoni cosmici approssimativamente verticali (piramidi etc.), esperimenti e tecniche usate. Radiografie di strutture geofisiche oltre 500 m di spessore attraverso la misura dell’assorbimento di muoni cosmici quasi orizzontali (vulcani, montagne, ghiacciai), esperimenti e tecniche usate. Radiografie di piccoli volumi (1-50 m3) attraverso la misura dello scattering multiplo dei muoni cosmici ad es. per homeland security (container etc.). Esperimenti, tecniche ed algoritmi usati.

Reattori nucleari pilotati da acceleratori. Il problema della sicurezza (Three Mile Island, Chernobyl, Fukushima) e delle scorie confrontato con i vantaggi dell’energia nucleare (senza CO2). Una soluzione, sorgente separata di neutroni prodotta per spallazione da un acceleratore di protoni. La dimostrazione di principio dei singoli componenti, del guadagno di energia e del potenziale di bruciare le scorie. Esperimenti preliminari (eg n—TOF). Prospettive in Europa ed altrove.

Testi/Bibliografia

Appunti di lezione, slides, articoli su riviste internazionali.

Metodi didattici

Le lezioni frontali integrate da attività seminariale e pratica di laboratorio.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame orale, brevi elaborati su argomenti trattati a lezione.

Strumenti a supporto della didattica

Le lezioni saranno integrate da attività seminariale e da dimostrazioni di strumentazione elettronica in laboratorio di ricerca.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Gabriella Sartorelli

Consulta il sito web di Marco Selvi

Consulta il sito web di Pietro Antonioli

Consulta il sito web di Francesco Luigi Navarria