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Relatore: Laureando: Dott. Giovanni Ambrosi Matteo Duranti
Studio delle riflessioni multiple diprotoni ultrarelativistici in
deflettori cristallini
Una possibile rispostaai problemi di collimazione
per ilLarge Hadron Collider
15/09/2008 Matteo Duranti
Sommario
Nel corso di questa presentazione parleremo di:
- problemi di collimazione per il LHC
- fenomenologia di channeling e volume reflection per particelle cariche in materiali cristallini
- applicazione di questi fenomeni per un possibile sistema di collimazione (collaborazione H8RD22)
- analisi dei dati sperimentali per il deflettore a controllo remoto MQM7
15/09/2008 Matteo Duranti
Collimazione
Al LHC verranno fatti collidere fasci di protoni di 7 TeV/ce fasci di ioni Piombo di 574TeV/c.
Uno dei problemi tecnologici più rilevanti per il raggiungimento delle prestazioni nominali riguarda il sistema di collimazione:
15/09/2008 Matteo Duranti
Collimazione con cristalli
Tradizionale: Materiale amorfo, deflessione “casuale”
Assorbitori di materiale amorfo
deflessioni casuali dell’alone
difficoltà nel posizionamento degli assorbitori secondari
Effetti direzionali: Proposta: Materiale cristallino
deflessione “controllata”
15/09/2008 Matteo Duranti
Potenziale Reticolare
In un un materiale cristallino il campo medio coulombiano tra due piani reticolari può essere approssimato con un canale parabolico:
L’energia potenziale per una particella carica positivamente all’interno del canale può essere scritto come:
15/09/2008 Matteo Duranti
Channeling: angolo critico
Una particella incidente con un piccolo angolo rispetto agli assi di simmetria del cristallo può essere confinata tra due piani cristallini
Le condizioni cinematiche per il confinamento dipendono dal momento
trasverso e dall'altezza della buca di potenziale:
In Si, W, Ge:
Angolo critico di Lindhard
15/09/2008 Matteo Duranti
Cristallo curvato
L'idea di Tsyganov ('70)
L Utilizzo di cristalli curvati come deflettori, con angolo di deflessione:
Con un campo magnetico (per particelle di 400 GeV/c e L=400μm):
15/09/2008 Matteo Duranti
Volume reflection
Con un campo magnetico (per particelle di 400 GeV/c e L=400μm):
L’angolo di deflessione è:
L’accettanza angolare è:
L
R
15/09/2008 Matteo Duranti
La collaborazione H8RD22
Lo scopo della collaborazione è la misura di precisione delle grandezze fisiche collegate ai fenomeni di channeling e volume reflection:angolo di deflessione - accettanza angolare - efficienza
Per la prima volta:
- Misura dell’effettivo angolo di deflessione (telescopi in ingresso ed uscita)
- Tracciamento di singola particella con rivelatori al silicio di alta risoluzione spaziale (O(10μm))
- Goniometro di elevata risoluzione angolare (~ 1μrad)
12/09/2008 Matteo Duranti
Dispositivi
Piegatura del cristallo macroscopica
Piegatura microscopica di precisione
forze “anticlastiche”
15/09/2008 Matteo Duranti
Multi-cristalli
Aumento della deflessione angolare tramite più cristalli in sequenza:
Angolo di deflessione:
Efficienza di deflessione:
MQM7
15/09/2008 Matteo Duranti
Analisi preliminari
Procedure preliminari all’analisi dei dati collezionati:
• Allineamento dei rivelatori al silicio dei telescopi
• Selezione degli eventi:
compatibilità e coerenza delle coordinate ricostruite con i rivelatori SD3 ed SD4
pulizia dell’evento
selezione della “golden region” per i punti di impatto nel cristallo
15/09/2008 Matteo Duranti
Cristalli non allineati
Scansione angolare di 10μrad:
15/09/2008 Matteo Duranti
Non allineati - VR
Sezioni di 2.5μrad:
- per l’efficienza: tracce deflesse all’interno di 3σ intorno al valore medio
-la bontà del “fit” è controllata tramite la larghezza delle gaussiane
θ1,2
[μrad] 19.8 ± 0.9
θ3
[μrad]10.8 ± 0.9
θ4
[μrad]9.3 ± 0.9
θ5
[μrad]10.9 ± 0.9
15/09/2008 Matteo Duranti
Non allineati - Channeling
Sezioni di 5μrad:
- la deflessione è misurata
all’angolo del goniometro per cui si ha massima
efficienza
θ1 [μrad] -114.4 ± 1.4
θ2 [μrad] -100.4 ± 1.4
θ3 [μrad] -108.9 ± 1.4
θ4 [μrad] - 96.9 ± 1.4
θ5 [μrad] - 91.5 ± 1.4
15/09/2008 Matteo Duranti
Cristalli allineati
Scansione angolare di 5μrad:
15/09/2008 Matteo Duranti
Allineati - VR
Sezioni di 2.5μrad:
- deflessione del dispositivo per
volume reflection:51.7 ± 0.9 μrad≈ (19.8 + 10.8+ 9.3 + 10.9) μrad
- in un intervallo angolare di incidenza
di ~ 40μrad si ha un’ efficienza di deflessione > 90%
15/09/2008 Matteo Duranti
Collimazione
15/09/2008 Matteo Duranti
Collimazione
tradizionale: channeling: multi volume reflection:
Assorbitori di materiale amorfo
deflessioni casuali dell’alone
difficoltà nel posizionamento degli assorbitori secondari
15/09/2008 Matteo Duranti
Conclusioni
Dall’ analisi dei dati per il deflettore multicristallo MQM7:
• conferma delle caratteristiche degli effetti di channeling e volume reflection per singoli cristalli
• misura di precisione degli effetti di volume reflection per un deflettore multicristallo:
θv=51.7 μrad ed efficienza > 90% in un intervallo di 40μrad
• prestazione di un deflettore multicristallo come elemento base di un eventuale sistema di collimazione:
pulizia dell’80% del fascio in un intervallo di 80μrad
alcuni risultati di questa analisi sono parte integrante di un articolo della collaborazione H8RD22 sottomesso per la pubblicazione a Physical Review Letters
15/09/2008 Matteo Duranti
Conclusioni (bis)
15/09/2008 Matteo Duranti
Scansione angolare
15/09/2008 Matteo Duranti
Uniformità e Torsione
Muovendosi lungo il profilo del fascio:
15/09/2008 Matteo Duranti
Uniformità e Torsione
Muovendosi lungo il profilo del fascio:
15/09/2008 Matteo Duranti
Pulizia necessaria ad LHC
Energia [GeV] Tasso di perdita(10 ore di vita media)
[p/s]
Limite di Quenching[p/s·m]
Richiesta di pulizia
450 (SPS) 8.4 ·109 7.0 ·108 92.6%
7000 (LHC) 8.4 ·109 7.6 ·106 99.91%
R. Assman e W. Scandale, da un seminario per ALICE (Aprile 2007)