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L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
misure sull'anello COSY per
lo studio di filtraggio in spin.
L'esperimento PAXL'esperimento PAX
Ciullo Giuseppe: INFN e dipto di Fisica – Ferrara
Per conto della collaborazione
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Anti-p polarizzati: potenzialità. Anti-p polarizzati: potenzialità.
Fascio p → osservabili di spin singolo e doppio.
accesso diretto alla trasversità: ultimo tassello mancate per la descrizione della struttura in spin del protone,
misura della fase dei fattori di forma del protone nella regione time-like,
diffusione forte p-p polarizzati,
nuova finestra sul mondo dei p –polarizzati.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Polarizzazione di anti-p Polarizzazione di anti-p via spin-filteringvia spin-filtering
cruciale per PAX
Spin-filtering con bersaglio polarizzato.
Unica evidenza sperimentale e perseguibile
Spin Filtering (FILTEX @ TSR 1992).
Collab. PAX: 37 Istituti di ricerca, ~ 180 ricercatori.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Filtro in spin proposto per FAIRFiltro in spin proposto per FAIR
Unpolarized anti-p beam
Polarized target
Bersaglio Polarizzato:
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Filtro in spin proposto per FAIRFiltro in spin proposto per FAIR
polarized anti-p beam
Polarized target
Bersaglio Polarizzato:
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Esperimento FILTEX –TSR 1992Esperimento FILTEX –TSR 1992
F. Rathmann. et al.,PRL 71, 1379 (1993)
SPS-Committee encourages PAX collaboration to first perform SPS-Committee encourages PAX collaboration to first perform their spin filtering measurements at COSY ….their spin filtering measurements at COSY ….
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
WASA
e-cooler
ANKE
PAX
Studio di filtraggio a COSYStudio di filtraggio a COSYObiettivi principali :
1.Confermare filtraggio in spin dei protoni e prepare l’apparato per ADprepare l’apparato per AD.
Fasi dell’installazione a COSY:Luglio 2009: Installazione magneti Quad (ok ),Luglio 2010: Installazione dell’apparato (ok ),Ottobre 2010: Commissioning dell’apparato (ok ),Settembre 2011 Studi di macchina e filtraggio in spin.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Previsioni di Polar. di p su Previsioni di Polar. di p su COSYCOSY
Determinante ottimizzazione del vuoto:Installazione di un banco di 10 pompe NEG 09/2011
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
(Aug. 2011)Installazione banco di pompe NEG (12000 l/s)
nessun impatto sulla vita media del fascio dal fondo della camera nessun impatto sulla vita media del fascio dal fondo della camera del bersagliodel bersaglio
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Schema sperimentale su protoni a COSYSchema sperimentale su protoni a COSY
Spessore di H↑ 5 1013 atomi/cm2
Controllo fine dei parametri di macchina (accettanze, , vuoto, risonanze depolarizzanti, ...)Controllo della polarizzazione del bersaglio Q con BRP(Polarimetro Breit-
Rabi) e sua calibrazione.
Per misure longitudinali Siberian-snake, ed adattamento ottica di iniezione.
HH↑↑
DD22
Ber sag l i o Analysing power per misurare Polarizzazione del Analysing power per misurare Polarizzazione del
fascio dopo il filtraggiofascio dopo il filtraggio
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Bersaglio : ABS, cella apribile e BRP Bersaglio : ABS, cella apribile e BRP operativi per verifica e calibrazioneoperativi per verifica e calibrazioneSorgent
e atomica
Camera bersagli
o
Polarimetro Breit-Rabi
Asse del fascioCOSY/AD
Alimentazione elettrica Raffreddament
o ad acqua
FerraraFerrara,,Bari,Bari,
ErlangenErlangen
Analizzatore Gas Bersaglio
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Andamento della polarizzazioneAndamento della polarizzazione nella fase di messa a punto.nella fase di messa a punto.
Comportamento della cell Comportamento della cell
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Installazione del bersaglio su COSY Installazione del bersaglio su COSY 2009: installati: magneti, steerer, shutter veloci, pompe NEG, BMPs.
2010: COSY magn. Commissioning, 0.3 m- sezione del bersaglio, nessuno impatto negativo sul fascio
Acquisite ulteriori informazioni per la cell da installare su AD.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Installazione del bersaglio su COSY Installazione del bersaglio su COSY 2009: installati: magneti, steerer, shutter veloci, pompe NEG, BMPs.
2010: COSY magn. Commissioning, 0.3 m- sezione del bersaglio, nessuno impatto negativo sul fascio
Acquisite ulteriori informazioni per la cell da installare su AD.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Installazione del bersaglio su COSY Installazione del bersaglio su COSY 2009: installati: magneti, steerer, shutter veloci, pompe NEG, BMPs.
2010: COSY magn. Commissioning, 0.3 m- sezione del bersaglio, nessuno impatto negativo sul fascio
Acquisite ulteriori informazioni per la cell da installare su AD.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Risultati commissioning e preliminari Risultati commissioning e preliminari tempo macchina settembre 2011tempo macchina settembre 2011
Parametri di macchina raggiunti ed ottimali per lo studio di filtraggio in spin
(accaumentato e misurabile → build-upSpessore del bersaglio ~ 5 1013 atomi/cm2 ( atteso)
Vitamedia del fascio >> 6000 s
Vitamedia della polarizzazione > 100 000 s
Risultati
STORI 11 (LNS 09/10-14/10)
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Maggiore efficienza nella P di antip?
No dati analysing power antip-d.
Solo BRP disponibile per Q. Utilizzo di D↑ per polarizzare e H per misurare da antip-p . Altrove BRP (calibrato) fornirà Q.
Schema sperimentale per ADSchema sperimentale per AD
Misura di Q del bersaglio da p-p analysing power dove noto .
Altrove BRP (calibrato) fornirà Q.HH↑↑
DD
BBeerrssaagglilioo
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Responsabilità Italiana: Responsabilità Italiana: per AD disegno del detector e di conseguenza nuova per AD disegno del detector e di conseguenza nuova
cella.cella.
-Cella apribile
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Responsabilità Italiana: Responsabilità Italiana: per AD disegno del detector e di conseguenza nuova per AD disegno del detector e di conseguenza nuova
cella.cella.
-Cella apribile
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Responsabilità Italiana: Responsabilità Italiana: per AD disegno del detector e di conseguenza nuova per AD disegno del detector e di conseguenza nuova
cella.cella.
-Cella apribile- supporto- 3 strati di rivelatori Si.-elettronica di front-end .- raffredd.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Conclusioni e ... pianiConclusioni e ... piani
Filtraggio in spin compreso teoricamente.PAX in fase conferma sperimentale su COSY (simultanea predisposizione perAD).
Ottimizzazione di COSY e IP di PAX.
Completamento del rivelatore dedicato alle misure su AD.
In attesa di informazioni su verifiche ad AD.
................ STORI 11 (LNS 09/10-14/10)per risultati delle
misure in corso.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Esperimento di depolarizzazioneEsperimento di depolarizzazione
Nell’anello COSY, si accumulano protoni polarizzati.
Si “disaccorda” l’e-cooler per avere la velocità relativa opportuna.
Si misura la polarizzazione del fascio mediante la diffusione p-d.
p e↑-→ p↑ p↑ e- → p p e↑
+→ p↑
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Filtro in spin di antiprotoniFiltro in spin di antiprotoni
Bersaglio Polarizzato:
Filtro in spin
Proposta per FAIR al GSI (Darmstad) maggio/05.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
PAX ad ADPAX ad AD
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Misure a COSYMisure a COSY
e- in e cooler per depolarizzare
Deuterio (bersaglio ANKE) per misure di polarizzazione.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Ciclo di misura per depolarizzareCiclo di misura per depolarizzare
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Sistema di rivelazioneSistema di rivelazione
11 x 2 HERMES recoil detectors + 14 x 1 PAX TTT detectors
Sistema completo di 36 rivelatori
Cella +Rivelatori con sistema di raffreddamento e Schermo Termico
Rivelatori intorno alla cella apribile
1 PAX Layer
2 HERMES1 PAX TTT
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Risultati preliminariRisultati preliminari
Genova 24 settembre 2008
Congresso Nazionale della SIF
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
“ “spin filtering”: requisiti Bersaglispin filtering”: requisiti Bersagli
Bersaglio:
Elevata polarizzazione e spessore integrato del bersaglio .Controllo-stabilità della polarizzazione.
PI:Sezione a basso per permettere il passaggio di p e p nella cella e
riduzione c.
Misura della polarizzazione nucleare del bersaglio .Interazione solo adronica: B bassi.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
ConclusioniConclusioni
La proposta di polarizzazione di p
Interessante e con questioni aperte.
Il programma PAX risulta un ottimo campo di prova per verificare la fattibilità della polarizzazione
di p e p per nuovi campi della fisica dello spin.
PAX prevede le prime misure in assoluto di sezioni d’urto doppiamente polarizzate p-p.
Genova 24 settembre 2008
Congresso Nazionale della SIF
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
filtro in spin: sezioni d’urtofiltro in spin: sezioni d’urto
Descrizione generale interazionetra un fascio polarizzato (P) ed un bersaglio polarizzato (Q)
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Fascio accumulato:Fascio accumulato:Build up di P in un anelloBuild up di P in un anello
Andamento temporale in un anello di accumulazione per la
Polarizzazione (P) Intensità del fascio (I).
Andamento diP Polarizzazione e I intensità
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Misure a COSYMisure a COSY
• pp analyzing power sono bassi e non sono utilizzabili per misurare la polarizzazione del fascio o del bersaglio.
• Da dp↑ a Td=98.6 MeV si misura Q del bersaglio.
• Da pd a Tp=49.3 MeV si misura P dopo il processo di filtraggio.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Sezione a basso Sezione a basso su COSY. su COSY.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Year COSY AD
2009 1st COSY Proposal submittedInstallation of low-β insertion
CERN Proposal submitted July 2009
2nd • Commissioning of the low-β section• machine acceptance measurement
CERN Research board decision
2010 1st Installation of the target chamber, cryopump, ABS, BRP, holding field, collimators, fixed cell•Measurement of the acceptance angle
2nd Installation of COSY detection system • Measurement of the target polarization in dp and pd
elastic scattering• Spin-filtering at COSY with transverse polarization
Installation of the AD low-β insertion
2011 1st • Spin-filtering at COSY with transverse polarization(continued)
Commissioning of the AD low-β insertion•AD user compatibility•PAX optics
2nd Installation of the target chamber and scraper system
2012 1st Implementation of solenoid(s) in injection beam lineInstallation of ANKE ABS and AD detector at TP1•Commissioning of the AD detector with openable cell
• Machine acceptance studies• Stacking studies
2nd • Spin-filtering at COSY with longitudinal beam using ecooler + WASA solenoids
Installation of PAX ABS and BRP
2013 1st Implementation of the ½ AD Siberian snake at ANKE•Commissioning of the AD Siberian snake•Spin-filtering with longitudinal beam
Installation of openable storage cell and detection system• Measurement of H and D target polarization with pbar beam• Spin-filtering using H and D target below 70 MeV, transverse polarization
2nd Implementation of 300 keV ecooler
2014 1st • Commissioning of ecooler with beam
2nd • Spin-filtering measurements using H and D target below 430 MeV with transverse polarization
2015 Implementation of the Siberian snake
2016 • PAX optics with Siberian snake• Spin-filtering measurements with H and D target below 430 MeV with
longitudinal polarization, including commissioning of the Siberian snake.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
da FILTEX a … PAXda FILTEX a … PAX
Comprensione dei risultati di FILTEX.
Le sezioni d’urto di filtro corrispondono alle sezioni d’urto di polarizzazione se angolo di diffusione < acc
fQdfQd tt )~~(
1 ~
1
21
||1
11
Studi di accettanza ed
aumento della vitamedia del fascio.
yx,
yx,
2222 A
2
1 dove
2
1
2
11
yyxacc
TSR with protons:σexp=73 ± 6 mb
Valore teorico:σtheo=86 ± 2 mb
~
Parametri di macchina
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Misure a COSYMisure a COSY
• pp analyzing power sono bassi e non sono utilizzabili per misurare la polarizzazione del fascio o del bersaglio.
• Da dp↑ a Td=98.6 MeV si misura Q del bersaglio.
• Da pd a Tp=49.3 MeV si misura P dopo il processo di filtraggio.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Spin flip Spin flip sp 6 ordini < th Non utilizzabileD. Oellers ... Pax Collab.PLB 674 (2009) 269-275.
L’esperimento PAX L’aquila 30 settembre 2011SIF XCVII Congresso SIF XCVII Congresso NazionaleNazionale
Camera del bersaglio e rivelatoreCamera del bersaglio e rivelatore
Cella di accumulazione:spessore fascio 100
Rivelarore a stripdi Silicio
Fascio Atomico
DirezioneFascio accumulato
Bobine per campo di contenimento (x, y, z)
Limitatore di flusso (mobile)