Arrivare ad un minimo di padronanza delle principali tecniche sperimentali per la fisica delle particelle elementari, la fisica nucleare e le applicazioni in fisica medica e ambientale.
COME?
Realizzando un esperimento di fisica nucleare e subnucleare: caratterizzazione della sorgente di radiazione da studiare e del rivelatore; montaggio e ottimizzazione della catena elettronica per la raccolta dei segnali dai rivelatori, acquisizione e analisi dei dati
Syllabus del corso
Obiettivi
Padronanza delle principali tecniche sperimentali per la fisica delle particelle elementari, la fisica nucleare e le applicazioni in fisica medica e ambientale
Contenuti sintetici
Realizzazione di un esperimento di fisica nucleare e subnucleare: caratterizzazione della sorgente, del rivelatore, montaggio e ottimizzazione dell'elettronica di front-end, acquisizione e analisi dei dati
Programma esteso
Gli studenti, in gruppi da 3 o 4, realizzano per esteso un singolo esperimento di fisica nucleare e subnucleare. Il lavoro include il design dell'esperimento, la caratterizzazione indipendente dei rivelatori, dell'elettronica di front-end, e dell'acquisizione, la presa dati e l'analisi.
Gli esperimenti che possono essere realizzati utilizzando la strumentazione di laboratorio sono:
1) Dimostrazione sperimentale del principio di funzionamento di una PET (positron emission tomography)
2) Misura della vita media di uno stato metastabile del 57Fe da una sorgente di 57Co
3) Esperimento di Compton realizzato con i fotoni di annichilazione dal 22Na
4) Misura della vita media a riposo dei muoni
Prerequisiti
Le tecniche sperimentali e di analisi dei dati dei corsi di Laboratorio della Laurea Triennale. E' fortemente consigliato seguire il corso di Rivelatori di Radiazioni, che di norma viene erogato quasi completamente prima dell' inizio del laboratorio.
Modalità didattica
L'insegnamento ha natura puramente interattiva (DI), trattandosi di un corso di laboratorio.
Gli esperimenti vengono svolti nei laboratori del Dipartimento di Fisica e supervisionati dal docente. I risultati sono raccolti in una relazione finale scritta in Inglese.
Materiale didattico
Relazioni degli anni precedenti. Si consigliano anche alcuni capitoli (a seconda dell' esperimento) di:
G. F. Knoll, “Radiation Detection and Measurement”, 4th ed., Wiley & Sons
K. Grupen, “Particle Detectors”, 2nd ed., Cambridge University Press
G. Gilmore, “Practical gamma ray spectroscopy”, 2nd ed., Wiley & Sons
F. Terranova, "A modern primer in particle and nuclear physics", 1st ed., Oxford Univ. Press
Periodo di erogazione dell'insegnamento
I semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Una settimana prima dell' esame, la relazione finale, scritta in inglese, dev'essere inviata in formato digitale ai docenti. L'elaborato dovra' illustrare le modalita' di svolgimento delle varie "tappe" affrontate per effettuare l'esperimento, come enunciate nel "Programma esteso". Gli studenti, divisi nei gruppi corrispondenti all'esperimento, discutono la relazione e tutto il lavoro svolto con i docenti. Durante l'esame vengono approfondite con ciascuno studente le tecniche implementate, le criticita' riscontrate e le sorgenti di errore sistematico nella misura.
Per gli studenti Erasmus siamo disponibili a far svolgere l'esame in inglese.
Orario di ricevimento
A richiesta dei team.
Sustainable Development Goals
Aims
The laboratory course provides an introduction at graduate level of the experimental techniques employed in particle and nuclear physics, including applications to medical and environmental physics.
Contents
The students carry on a full experiment in nuclear and particle physics, including the characterization of the source, detector, front end electronics, data acquisition and analysis
Detailed program
The students work in a team of 3-4 people and carry on a full experiment of nuclear or subnuclear physics. They contribute to the design of the experiment, the characterization of the detectors and front-end electronics, the data taking and analysis.
The experiment that can be built from the laboratory instrumentation are
1) Proof of concept of the Positron Emission Tomography (PET)
2) Measurement of the lifetime of a unstable state of 57Fe from a 57Co source
3) The Compton experiment performed from the annihilation photons of a 22Na source
4) Measurement of the lifetime at rest of the muon
Prerequisites
Experimental and analysis techniques from the Bachelor level lab courses. It is strongly recommended to follow the course on Radiation Detectors, which is normally delivered almost completely before the start of the laboratory.
Teaching form
As this is a laboratory course, the teaching is purely interactive (DI).
The experiments are performed in the labs of the Department of Physics and the activities are supervised by the teacher. The results are summarized in a final report written in English.
Textbook and teaching resource
The final reports from the previous years. We also suggest the reading of a few chapter (depending on the experiment) from
G. F. Knoll, “Radiation Detection and Measurement”, 4th ed., Wiley & Sons
K. Grupen, “Particle Detectors”, 2nd ed., Cambridge University Press
G. Gilmore, “Practical gamma ray spectroscopy”, 2nd ed., Wiley & Sons
F. Terranova, "A modern primer in particle and nuclear physics", 1st ed., Oxford Univ. Press
Semester
First semester
Assessment method
One week before the scheduled examination, the group must send in digital format the final report (in English) of the lab work to the teachers. The report will have to illustrate the procedures used for carrying out the various "steps" faced to carry out the experiment, as set out in the "Detailed Program". The team that performed the experiment presents the report and discusses it with the teachers. During the discussion, the techniques that were implemented will be discussed with each student, together with the issues encountered during the run of the apparatus and possible sources of systematic errors in the measurements.
Erasmus students may take the exam in English if they prefer.
Office hours
Under request by the team.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Chiara Brofferio
-
Francesco Terranova
