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FACOLTÀ DI SCIENZE MM. FF.
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Corso di insegnamento
“Laboratorio di Fisica Nucleare e Sub-Nucleare”
Corso di Laurea Magistrale in Fisica
AA 2013-2014 – docente
titolare: dott. Stefania Spagnolo
II Semestre del primo anno di
Corso.
Crediti 6
1) Presentazione e obiettivi del
corso
Il corso specializza gli obiettivi
formativi generali della laurea magistrale in Fisica alle tematiche
culturali della Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali.
Il corso, in particolare, intende far
acquisire allo studente familiarità con le metodologie e la strumentazione più
tipicamente utilizzate nella fisica sperimentale nucleare e sub-nucleare. Con
tali strumenti culturali si affrontano, in una specifica misura svolta in
laboratorio, le problematiche generali legate alla sperimentazione nell’ambito
della fisica sub-nucleare. La misura classica proposta, come palestra per il
conseguimento di tali obiettivi, è la misura della vita media del muone. Gli aspetti
sperimentali con cui gli studenti vengono a contatto diretto sono:
implementazione del metodo di misura attraverso l’utilizzo di strumentazione
NIM per la gestione di logica elettronica; utilizzo di strumentazione CAMAC per
l’acquisizione dei dati; procedure di calibrazione della strumentazione; scelta
del punto di lavoro ottimale per i rivelatori utilizzati; analisi dei dati.
Bibliografia:
Testi suggeriti:
W.R. Leo, “Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments”, Springer-Verlag;
R.C. Fernow, “Introduction to Experimental Particle Physics”, Cambridge University
Press;
C. Grupen,
B. Shwartz, “Particle
Detectors”, Cambridge University Press;
Rassegne suggerite:
http://pdg.lbl.gov/2012/reviews/rpp2012-rev-passage-particles-matter.pdf
http://pdg.lbl.gov/2012/reviews/rpp2012-rev-particle-detectors-accel.pdf
http://pdg.lbl.gov/2012/reviews/rpp2012-rev-monte-carlo-techniques.pdf
http://pdg.lbl.gov/2012/reviews/rpp2012-rev-cosmic-rays.pdf
2) Conoscenze e abilità da
acquisire
Interazioni radiazione-materia:
perdita di energia media di particelle cariche nella
materia, radiazione Cherenkov, scattering
multiplo e fluttuazioni della perdita di energia, interazioni di fotoni con la
materia, sciami elettromagnetici, interazioni di neutroni con la materia.
Caratteristiche generali dei
rivelatori di particelle: sensitività, risoluzione, efficienza, tempo morto.
Caratteristiche
generali dei Rivelatori a Ionizzazione: ionizzazione e trasporto nei gas,
moltiplicazione a valanga, il contatore a gas proporzionale; generalità
su MWPC e rivelatori a drift, come rivelatori di
tracciamento.
Scintillatori e
dispositivi fotomoltiplicatori: luce di scintillazione e materiali
scintillanti; conversione del segnale luminoso in segnale elettrico e
amplificazione nei fotomoltiplicatori.
Caratteristiche
generali di rivelatori di posizione a semiconduttore: la giunzione pn polarizzata inversamente come rivelatore di radiazione; rivelatori a
micro-strip.
3) Prerequisiti
Formazione di base acquisita nella
laurea triennale in Fisica. In particolare, si assumono noti i fondamenti della
cinematica relativistica, i concetti di vita media, sezione d’urto, libero
cammino medio, metodi statistici elementari per l’elaborazione
dei dati.
4) Docenti coinvolti nel modulo
didattico
Potranno essere coinvolti nello svolgimento delle
lezioni e/o delle attività in laboratorio altri docenti o ricercatori INFN a seconda della disponibilità o dell’interesse, anche da parte
degli studenti, a sviluppare qualche tema specifico o a illustrare setup
sperimentali in utilizzo nel laboratori di ricerca INFN a scopo dimostrativo.
5) Metodi didattici e modalità di esecuzione delle lezioni
Le lezioni sulle tematiche
elencate al punto 2) sono seguite da una serie di sessioni di lavoro nel
Laboratorio di Fisica delle Alte Energie INFN, in cui un apparato sperimentale
con piani di scintillatori di grande superficie, equipaggiati con
fotomoltiplicatori tradizionali, è predisposto per la misura della vita media
del muone. L’utilizzo di tali rivelatori per l’implementazione della misura è
interamente sviluppato dagli studenti, con la guida del docente, durante le sessioni
in laboratorio, dai passi di definizione del punto di
lavoro degli scintillatori, fino all’acquisizione dei dati.
Ciascuno studente presenta, a
conclusione del corso, una relazione sulla misura svolta in laboratorio, che
riassume tutte le fasi sperimentali rilevanti e presenta l’interpretazione dei
dati acquisiti nella fase finale per derivare la misura della vita media del
muone.
6) Materiale didattico
Macro di analisi dati basate sulla piattaforma di
analisi statistica dei dati ROOT, http://root.cern.ch/drupal/,
ampiamente utilizzata nella ricerca in fisica delle alte energie, sono fornite
come esempio e punto di partenza per ulteriori
sviluppi da parte degli studenti.
7) Modalità
di valutazione degli studenti
La valutazione si basa sull’elaborato finale, sulla sua
discussione in sede di esame e sulla verifica della padronanza dei concetti generali,
riguardanti le principali tecniche di rivelazione, sviluppati durante le
lezioni e nello svolgimento della misura in laboratorio.
Modalità di
prenotazione dell’esame e date degli appelli
Gli studenti possono prenotarsi per
l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità
previste dal sistema VOL
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