Gruppo II
Attività 2013
 Esperimenti in corso:
 CTA
 FERMI
 GAMMA-400
 KWISP
 MAGIC
 WIZARD
R. L. & N.: A. De Angelis
R. L.: F. Longo
R. L. & N.: V. Bonvicini
R. L. & N.: G. Cantatore
R. L. & N.: B. De Lotto
R. L. & N.: M. Boezio
 Nelle dotazioni di gruppo:
 MIR
 PVLAS
R. L.: F. Della Valle
R. L.: F. Della Valle
The Cherenkov Telescope Array concept: 2 sites (N/S)
Site N: two types of telescopes, including LST
Site S: all three types of telescopes
Low energy
Few 23 m (LST)
telescopes
4…5o FoV
~2500 pixels
~ 0.1o
Medium energy
About twenty 12 m (MST)
telescopes
6…8o FoV
~1500 pixels
~ 0.18o
High energy
Fifty+ 4…7 m (SST)
telescopes
8…10o FoV
~1500…2000 pixels
~ 0.2o…0.3o
Partecipazione INFN: obiettivi
principali dell’R&D
• Fattibilità di una camera per SST con SiPM italiani (FBK) ed
elettronica italiana (CAEN, SITAEL)
– Sensori “piccoli”: qualche mm
• Fattibilità di un cluster di SiPM da circa 2 cm per LST con
SiPM italiani (FBK) ed elettronica italiana (CAEN, SITAEL)
• Fast processing “in camera” (GPUs? Eurotech, NVIDIA?)
• Monte Carlo
• Calibrazione atmosferica
• Sezioni INFN partecipanti: Bari, Napoli, Padova, Perugia,
Pisa/Siena, Roma 2, Torino, Udine/Trieste
Dettaglio attivita’ Udine/Trieste
1.
2.
3.
4.
Coordinamento generale INFN (De Angelis)
Sviluppo sito test per sensori (Pauletta, Stella e 1 laureando De Angelis)
Simulazione (Longo, Bissaldi, De Lotto)
Fisica (Longo, Bissaldi, De Lotto, Persic, Cerchiara, De Angelis)
– Persic è membro del SAPO e già physics coordinator di CTA
Plans for a test station:
For measurement of:
(a) IV curves, (b) Dark Count (i.e. thermal noise), (c) cross talk and (d) afterpulsin
picoammeter
SiPMs
interface
interface
bias
SiPMs
frontend
digitization
Richieste Udine/Trieste
• Missioni: 20 k€
– Missioni responsabile nazionale (De Angelis) e membro SAPO CTA e Physics Board
(Persic); altre missioni
• Consumo: 3 k€
– Filtri,lenti e componenti ottici per stazione di test SiPM
– SiPM Excelitas
• Inventario: 9.5 k€
– 3 Moduli N6736B DC power modules per sistema Agilent Technologies N6700B @ 500
euro/module
– Modulo linear fanin/fanout
– Testina U/V per laser a picosecondi picoquant PDL 800-B
– Power supply
• 1 mese officina elettronica
• Nota: a metà 2014 la proposta andrà in CTS
Fermi Status
(abridged from Fermi’s mission scientist report)
• June 11, 2013  5th anniversary of the Fermi launch.
• In the past five years, 1130 refereed papers have used Fermi data or
results, with a cumulative 26,038 citations. The three most-cited are the
LAT instrument paper, the first electron spectrum paper, and the first
LAT source catalog.
• The spectacular work with Fermi has been noted by our peers in the
science community. Scientists working with Fermi have received several
prominent awards: the Rossi prize (twice!), the Panofsky prize and others
• We stand on the eve of 300 billion LAT event triggers. The LAT
Instrument Science Operations Center have used 1200 CPU-years to
process over 2 PB of data; an additional 1700 CPU-years have been
devoted to Monte Carlo simulations to support understanding of the
performance of the LAT and the LAT data.
• The ISOC has sent 1,789,794,674 events to the FSSC of which
268,324,179 are in the photon database.
• While collecting high quality science data, the spacecraft has spent 96%
of its observing time in survey mode, 3% in pointed mode, and the
remainder in maneuver mode. Fermi has made over 90 autonomous
repoints, 31 nadir observations and 12 targeted observations
• Most importantly, over 100 students have written a PhD thesis based on
Fermi data.
Fermi – TS/Ud – composizione
del gruppo
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Longo Francesco 60% (UniTS)
Piero Ullio 20% (SISSA)
Gabrijela Zaharias 100% (ICTP)
Guido Barbiellini 0% (Senior)
Francesca Matteucci 50% (UniTS)
Annalisa Celotti 20% (SISSA)
Alessandro De Angelis 10% (UniUD)
Massimo Persic 20% (INAF TS)
Gianrossano Giannini 40% (UniTS)
• Elisabetta Bissaldi 50% (UniTS)
• Valentina Grieco 100% (UniTS)
• Rachele Desiante 100% (UniUD)
Percentuali preliminari da confermare!
Richieste Finanziarie - Preliminare
• Missioni : 49 k€
–
–
–
–
–
4 meetings per 4gg per 4 persone
Coordinamento del SW
Riunioni di collaborazione in USA (3 meeting per 8gg per 2 persone)
Riunioni Science Working Groups (analisi dati e simulazioni)
Partecipazione turni ISOC (1 mu +viaggi)
• Consumo: 6 k€
– Metabolismo, Manutenzione Farm
• Manutenzione: 2.5 k€
– Licenza SW IDL
• Inventariabile: 12 k€
– Sostituzione 4 macchine nella farm di sezione in GRID (da 250 a 360
HS06)
GAMMA-400: steps in 2012/13
• Definition through MC simulations of the best configuration for a dual
instrument for photons (30 MeV - > 300 GeV) and cosmic rays (electrons >
1 TeV and high-energy cosmic-ray nuclei, p and He spectra close to the
“knee” region (1014 – 1015 eV);
• Test beam of a prototype of homogeneous calorimeter with 130 CsI(Tl)
cubic crystals
• Agreement on a jointly defined apparatus that, taking into account the
currently available resources, optimizes the scientific performance;
• Agreement on the preparation (in progress) of a MoU between Russian
Agencies and INFN for the funding (with Russian money) of the design
and construction of the Converter/Tracker by INFN (Trieste will lead this
effort):
– Preliminary estimated C/T cost  10 M€
– 10 planes (20 views, 10X and 10Y), planar dimensions  1 m2, 2000 silicon
strip detectors
• Preparation of a GAMMA-400 Technical Design Report for CSN 2;
• After these 2 years of R&D, the Collaboration will ask for a scientific
approval
GAMMA-400
C/
T
C/T
CC1
CC1
CC2
CC2
Electronics
Original Russian proposal (2011)
Electronics
Jointly agreed Russian-Italian proposal (2013)
Gamma-400
Responsabile Nazionale e Locale: V. Bonvicini
Sezioni partecipanti: FI, PI, PV, RM2, TS
Richieste finanziarie e di servizi
Partecipanti e FTE:
Boezio Mirko (I Ric) 30
Bonvicini Valter (I Ric) 70
Cumani Paolo (Dott.) 100
Gregorio Anna (RU) 50
Mocchiutti Emiliano (Ric. TD) 20
Vacchi Andrea (DR) 10
Vallazza Erik (I Tecn) 20
Ricercatori: 7, FTE: 3
Missioni 18 k€ (riunioni di collaborazione in Italia e
all’estero, contatti con le industrie,
test beams)
Cons. 8 k€ (Circuiti stampati, cavi e componenti per
test dei "baby" detectors di FBK e di
prototipi di ASICs, prototipaggi vari sul
tracciatore da farsi nel 2014.)
Trasporti 2 k€ (Trasporto di materiale (prototipi di
ladders e jig relativi) da/per G&A
Engineering (AQ)).
Tot. 28 k€
Servizi: 6 m.u. off. meccanica, 8 m.u. lab. el. &
riv.
15
MAGIC telescopes:
stato, risultati, preventivi 2014
• Upgrade: successfully completed in November 2012:
 New M-I camera
 Both telescopes readout by 2 Gsample/s DRS4 chips
• Fully automatic Sum-Trigger will be implemented in
Sept.2013
Important INFN contribution
Despite the fact that in the last 2 years MAGIC was under upgrade for about 1.5
years long, we presented 15 oral presentations and 23 posters at the ICRC
Conference
Consiglio di Sezione TS – 11 luglio 2013
B. De Lotto
• Performance: never as good as it is now
• Results: will come for SIF Congress in Trieste, stay tuned!
Partecipanti e richieste finanziarie
16
(preliminare)
TOT (FTE)
PO
PO
PA
RU
RU
RU
TECN.
dottorando
dottoranda
dottorando
PO
40
50
60
80
20
40
100
100
100
50
100
====
7.4
Capitolo
kEuro
====================
• Missioni
44.0
• Inventariabile
12.0
• Consumi
4.0
Common Funds
50.0
(per tutte le sezioni)
• Altri servizi
12.0
(noleggio auto a La Palma)
Non sono previste richieste di utilizzo dell’officina meccanica e/o elettronica
della sezione.
B. De Lotto
De Angelis A.
Celotti A.
Persic M.
De Lotto B.
Longo F.
Ansoldi S.
Franco G.
Palatiello M.
Biasuzzi B.
Cerchiara P.L.
Roberto V.
MIR: proposta sperimentale
per la misura dell’effetto
Casimir dinamico
Set-up di misura
Stato attuale
Durante il 2012/13 si sono svolte altre misure di
amplificazione parametrica con 5 diversi tipi di
semiconduttori aventi tempi di ricombinazione tra 5
ps e 40 ps e con cavità precaricata
In tutti i casi si è trovato che la dissipazione è
maggiore del coefficiente di guadagno. Si osserva
cioè risonanza parametrica ma senza incremento di
segnale.
I dati sono stati riprodotti sia tramite simulazione
numerica sia mediante uso di formule analitiche
Guadagno totale
RA < 1
L’approccio con il semiconduttore irraggiato è
quindi scartato.
Curva di risonanza parametrica
Punti – dato sperimentale
Linee - simulazione
Sostituzione del semiconduttore con diodo variabile (varicap)
Una seconda opzione studiata è stata
l’utilizzo di un diodo a capacità
variabile, pilotabile direttamente
tramite una sorgente a radiofrequenza.
Cavity front plate
Il sistema funziona: misurato lo spettro
del rumore termico di singolo modo a
temperatura ambiente
varicap
Istogramma dei tempi di misura per
spettro termico: misura e simulazione
T = 298 K
Misure in corso e prossimi sviluppi
Studiare l’Effetto Casimir dinamico significa studiare il risuonatore con un
numero di fotoni termici prossimo a zero
 bassa temperatura
Prime misure con varicap a bassa temperatura
Prossime attività 2013:
- controllare sorgenti di rumore
- aumentare statistica
- ridurre la temperatura sotto 7 K
Sezioni Partecipanti all’esperimento MIR
LNL (sede dell’esperimento), PD, PV, TS, Roma1
Resp. Nazionale G. Carugno (PD)
Ricercatori MIR-TS
F. Della Valle 50%
Richieste MIR-TS per Commissione II
12 kEuro Missioni a LNL
Attività nel 2014
Studio del sistema di amplificazione parametrica con Varicap a
temperature criogeniche (fino a 2 K) con l’obbiettivo di identificare
il contributo dell’energia di punto zero
PVLAS
Esperimento per la misura della birifrangenza magnetica del vuoto prevista in QED
L’esperimento è basato su un ellissometro molto sensibile, dotato di una cavità ottica
Fabry Perot ad alta finezza (F > 700 000) in vuoto, e accoppiato ad un sistema di due
magneti permanenti rotanti (frequenza di rotazione > 4 Hz)
1 metro
Il set-up è stato da poco completato presso la sezione di Ferrara. Nei prossimi mesi si
eseguirà l’ottimizzazione e messa a punto dell’apparato. Nel 2014 si prevedono run
di misura e installazione di eventuali migliorie. (Nuovi motori, nuove camere da
vuoto)
Sezioni Partecipanti all’esperimento PVLAS
Componenti gruppo PVLAS-TS
FE, LNL, TS
Resp. Nazionale G. Zavattini
(FE)
F. Della Valle 50%
E. Milotti 50%
Richieste PVLAS-TS per Commissione II
18 kEuro Missioni
Attività del gruppo PVLAS - TS per il 2014
Missioni a Ferrara per presa dati
Completamento e messa a punto del sistema rotante idraulico
Sistema di rotazione oleodinamico (LNL)
Con questo sistema si realizza una rotazione dei magneti priva di rumore elettromagnetico
in vicinanza all’ellissometro. E` necessaria stabilizzazione di fase della rotazione
Segnale di riferimento
comparato con rotazione
del magnete
Stato PAMELA
• Il 15 giugno sono stati 7 anni di PAMELA in orbita.
• Vista notorietà della missione in Russia, è stato
ufficialmente confermato da parte russa il
proseguimento della missione per altri tre anni
(2013-2015) ovvero fino a fallimento funzionalità del
satellite.
• Trasmissione dati a terra ~16 GB/giorno, di cui ~10
GB/giorno (~25 Hz trigger rate) di dati nuovi.
• Dati raw disponibili ~40 TB.
Cosmic-ray Positron Results
O. Adriani et al., Submitted to Physical Review Letters.
Time Dependance of the Proton Flux
Evolution of the proton
energy spectrum from July
2006 to Deember 2009
The PAMELA proton
spectra over four months
compared with the
computed spectra
O. Adriani et al., ApJ 765 (2013) 91;
M. S. Potgieter et al., to appear in Solar
PhysicsarXiv:1302.1284
WIZARD – PAMELA
Responsabile Nazionale e Locale: M. Boezio
Sezioni partecipanti: BA, FI, NA, RM2, TS
Richieste finanziarie (preliminare)
Partecipanti e FTE:
Boezio Mirko (I Ric) 70
Gregorio Anna (RU) 20
Formato Valerio (Dott.) 100
Mocchiutti Emiliano (Ric. TD) 80
Munini Riccardo (Dott.) 100
Ricercatori: 5, FTE: 3.7
Missioni 25 k€ (Riunioni e coordinamento dell’analisi
in Italia ed all’estero)
Consumo 3 k€ (Metabolismo)
Inventariabile 5 k€ (Sostituzione hardware obsoleto
nella farm di sezione)
Tot. 33 k€
Gruppo II
Preventivi 2014
Missioni
Cons./
Trasp.
Invent.
Man.
Totale
k€
CTA
20
3
9.5
-
32.5
FERMi
49
6
12
2.5
69.5
GAMMA-400
18
10
-
-
28
KWISP
3
6
4
-
13
MAGIC
44
4 (+12) *
12
-
72
MIR.DTZ
12
-
-
-
12
PVLAS.DTZ
18
-
-
-
18
WIZARD
25
3
5
-
33
Totale
189
44
42.5
2.5
278
Tot. Ass. 2013: 240 k€
* 50 k€ Common Funds
Gruppo II
Ricercatori & Servizi 2013
Ric.
strutturati
Ric. non
strutturati
Mecc., m.u.
El., Riv. & A.
Tec., m.u.
FERMI
1.3 (5)
3.2 (9)
2 (3)
2.5 (3)
-
1
-
GAMMA-400
1.8 (5)
1.2 (2)
6
8
KWISP
1 (2)
-
2
1
MAGIC
4.9 (8)
2.5 (3)
-
-
MIR.DTZ
0.5 (1)
-
-
-
1 (2)
-
-
-
0.9 (2)
2.8 (3)
-
-
14.6 (23)
10,6 (11)
8
10
CTA
PVLAS.DTZ
WIZARD
Anagrafica 2013: Ricercatori: 32, FTE: 19,97
Spare Slides
Design: 23 m Large Telescopes
optimized for the range below 200 GeV
27.8 m focal length
4.5o field of view
0.1o pixels
400 m2 dish area
1.5 m sandwich
mirror facets
On (GRB) target
in < 20 sec.
Carbon-fibre
structure
Design: Small 4-6 m Telescopes
cover the range above few TeV across 10 km2
Multi-Anode PMT camera option
Under study:
dual-mirror optics with compact photo sensor arrays
single-mirror optics
PMT-based and silicon-based sensors
➜ Not yet conclusive which solution is most cost-effective
One of four
options for
telescope
structure
Attività dei gruppi espressa in CTA WP
For “dynamic” bench test
Integrating sphere + attenuators
Climate control box
Quartz fiber
picoammeter
SiPMs
interface
interface
bias
laser
Frontend snd
digitization
Calibrate
d
Monitor
Per studi di temporizzazione
si usa il laser a picosecondi e
’elettronica di frontend viene
integrata di apposita elettronica
ORTEC
Per misure di PDE, si usano
diverse sorgenti di luce e l’ottica
viene integrata di
monocromatore
MIR: proposta sperimentale per la misura dell’effetto
Casimir dinamico
STUDIO DEL VUOTO QUANTISTICO
Questo esperimento studia la creazione di
particelle dal vuoto ottenuta mediante
accelerazione non uniforme di una parete
riflettente in una cavità risonante a
microonde.
APPARATO SPERIMENTALE
Cavità reale smontata
Uno strato di semiconduttore (spessore ~ 150 mm) è
posto sulla parte finale di una rientranza di una
cavità risonante ad alto Q (realizzata in rame o
niobio). La frequenza propria nr~ 2.5 GHz.
Usando luce laser modulata in ampiezza (frequenza f)
il semiconduttore commuta da trasparente a
riflettente, producendo così un moto efficace.
Si ottiene amplificazione parametrica per:
f = 2 nr
Saranno prodotti fotoni dal vuoto e misurati
dall’antenna tramite un ricevitore ultra sensibile.
Misure in corso e prossimi sviluppi
Studiare l’Effetto Casimir dinamico significa studiare il risuonatore con un
numero di fotoni termici prossimo a zero
 bassa temperatura
Energia del modo / Probabilità
æ 1ö
En = hv ç n + ÷
è 2ø
Prime misure con varicap a bassa temperatura
Energia di
punto zero
n
1 æ n ö
P(En ) =
ç
÷ ;
n +1 è n +1 ø
n=
1
ehn /kT -1
Prossime attività 2013:
- controllare sorgenti di rumore
- aumentare statistica
- ridurre la temperatura sotto 7 K
Solar Physics
PAMELA protons flux
Marzo 2012: due eventi solari
Dalla press release NASA del 31
maggio:
“PAMELA recorded the incoming
solar particles up in space, providing
one of the first in-situ measurements
of the stream of particles that initiated
a GLE. Only the early data has been
seen so far, but scientists have high
hopes that as more observations are
relayed down to Earth, they will be
able to learn more about the May 17
onslaught of solar protons, and figure
out why this event triggered a GLE
when earlier bursts of solar protons in
January and March, 2012 didn't.”
17 maggio 2012: evento solare
magneticamente connesso con
la terra
Summary of PAMELA results