Re: curiosità sui rivelatori e HLC

From: Luca85 <pres8_at_pres8.biz>
Date: Sun, 4 Jul 2010 05:54:36 -0700 (PDT)

On 1 Lug, 07:52, "richi hellas1903" <matem..._at_brembenet.it> wrote:
> due curiosit�:
> 1) con quale strumento fotografico si impressionano le particelle elementari
> nate dalle collisioni provocate dall'HLC?

Vediamo..Anzitutto si chiama LHC. (Large Hadron Collider...Grosso
collisore di adroni)
Poi non necessariamente si vede quello che � nato nelle collisioni,
magari si vede quello che � sopravvissuto a distanze umane dal punto
di collisione (a partire da qualche mm ad andare fino a qualche metro)

> ccd, normale pellicola all'alogenuro d'argento o altro?

Mica � cos� facile! Allora...Pellicola non si usa. In passato spesso
si usava la classica emulsione della pellicola ma usata in maniera
tridimensionale. Quindi non un film sottile ma uno spessore grande.
Oggi non si usa pi� perch� complicata da processare e poi l'analisi
dei dati non � banale (devi guardarti tutto col microscopio poi).
Questo per quanto riguarda le particelle che impressionano
direttamente l'emulsione. Un altro sistema usato era fare fotografie
alle tracce lasciate da particelle in un mezzo dove la radiazione d�
un segno visibile (camere a scintille, camere a nebbia, camere a bolle
etc...).

Eccezione a questo abbandono delle emulsioni sono alcuni esperimenti
per cercare i neutrini al gran sasso. L� usano delle emulsioni
fotografiche per varie ragioni.
1) risoluzione spaziale veramente altissima. Coi semiconduttori ci si
arriva a fatica o non ci si arriva
2) possibilit� di fare volumi giganti a prezzi ragionevoli senza
problemi di gestione. (Ti vedi a fare un "ccd" grande una galleria con
un pixel ogni 100 micrometri?)
3) negli esperimenti di neutrini di questo tipo (sorgente a 700km dal
bersaglio) il numero di eventi aspettato � sul centinaio all'anno,
quindi devi sviluppare ed analizzare circa 100 mattonelle di emulsione
l'anno. Comodo.
Ad lhc avrai a regime 100 milioni di interazioni al secondo, e da ogni
interazione escono pi� particelle. Non si potrebbe fare neanche
lontanamente di usare materiale fotografico. Al posto che una
collisione ogni 25nanosecondi (con 25 eventi in media in contemporanea
a collisione) dovresti farne una, spegnere tutto, smontare qualche
metro cubo di emulsioni, rimetterne di nuove, fare una nuova
collisione...e non troveresti mai niente perch� raccoglieresti un
miliardesimo del numero di eventi (a cento volte il costo!)

I rivelatori usati ad lhc alla fine son tutti simili. Sono una specie
di cipolla di vari strati ognuno pi� vicino a dove avviene
l'interazione.
Lo strato pi� interno � sostanzialmente un ccd. Per ogni pixel ti dice
se � passata o no una particella. Avvolgi molti strati di questi ccd e
giocando a "unisci i puntini" (lo fa un algoritmo in automatico)
ricostruisci le tracce di ogni particella. Poi c'� un rivelatore che
blocca fotoni ed elettroni e ti dice quanta energia aveva ognuna di
queste particelle. Poi hai un altro rivelatore che misura l'energia
delle particelle pesanti (quelle composte da quark). Poi ci sono i
muoni che sono particelle che non si fermano mai. Per queste si
mettono dei rivelatori come i ccd pi� interni (ma costruiti con
tecnologie diverse che permettono di avere a basso prezzo superfici
giganti) e continui a seguire le loro tracce per vari metri.

Il tutto � immerso in grandissimi campi magnetici. Le particelle in
campo magnetico girano in un senso se sono cariche positivamente,
nell'altro se negativamente e van dritte se neutre. Inoltre curvano
di pi� o di meno a seconda della loro "velocit�".

> 2) come si riconoscono sperimentalemente le particelle? Quali sono gli
> strumenti che le distinguono? (sapevo che venivano usati campi magnetici che
> le deviavano a seconda della carica ma non so altro).

Con la carica in campo magnetico vedi se sono positive o negative. Poi
il riconoscimento di una particella � un lavoro particolarmente
difficile. Si fa mettendo insieme varie informazioni diverse. Ad
esempio metti che tu hai visto col ccd pi� interno una traccia che
curvava come una particella carica positivamente con una certa
velocit�. Metti che in corrispondenza del punto pi� esterno di questa
traccia leggi nel rivelatore che ferma completamente gli elettroni una
certa energia che � proprio quella di un elettrone con la velocit� che
hai visto all'interno. Controlli dietro e vedi che gli altri due
rivelatori non hanno visto nessuna particella in quella zona. Allora
sei sicuro che sia un elettrone positivo (un antielettrone o
positrone).
Se vedi una traccia che parte dal centro, che non viene modificata dai
rivelatori per elettroni e per particelle pesanti e che continua la
sua traccia fino al punto pi� esterno sei sicurissimo che sia un
muone.

Poi ci sono delle particelle molto simili tra di loro nel
comportamento e per distinguerle bisogna usare fenomeni fisici sempre
pi� complicati e tarare al preciso fenomeno che si deve studiare.
Received on Sun Jul 04 2010 - 14:54:36 CEST