HIGH ENERGY PHYSICS LABORATORY
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2018/2019
- Docente
- MASSIMILIANO FIORINI
- Crediti formativi
- 12
- Periodo didattico
- Annualità Singola
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- L'obiettivo principale del corso è di fornire allo studente gli strumenti di base per fare ricerca sperimentale nell'ambito della fisica delle alte energie. Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze avanzate di tecniche di rivelazione di particelle elementari e di acceleratori di particelle. Durante il corso lo studente sarà in grado di acquisire abilità quali la capacità di misurare grandezze fisiche in laboratorio nell’ambito della fisica subnucleare, di analizzare i dati acquisiti da strumentazione di laboratorio, di scrivere programmi di simulazione e di presentare i risultati ottenuti sotto forma di articolo scientifico.
Prerequisiti
- Una buona conoscenza della fisica classica e degli argomenti trattati nei corsi di laboratorio triennali (analisi statistica, programmazione in C, elettronica e interazione radiazione-materia). E’ consigliata una conoscenza almeno elementare della fisica nucleare e delle particelle elementari.
Contenuti del corso
- Il corso è suddiviso in 5 moduli. I principali argomenti sono elencati a seguire:
1. Il framework di analisi dati ROOT [16 ore]
- Installazione del framework ROOT
- Proprietà generali
- Definizione di canvas e pads
- Definizione di istogrammi e grafici
- Definizione di funzioni predefinite o definite dall’utente
- Fit di istogrammi e grafici
- Richiami di input/output
- Esercizi al calcolatore
2. Metodi Monte Carlo [16 ore]
- Richiami di probabilità
- Variabili aleatorie discrete e continue
- Esempi di variabili aleatorie
- Teorema del limite centrale
- Numeri casuali e pseudocasuali
- Esempi pratici di generatori di numeri casuali
- Metodo di accettazione/reiezione e dell’inversione
- Esercizi al calcolatore
3. Rivelatori di particelle [16 ore]
- Processi di interazione radiazione-materia
- Proprietà e caratteristiche dei rivelatori
- Rivelatori di traccia e spettrometri
- Calorimetri
- Identificazione di particelle
4. Esperienze di laboratorio [40 ore]
- Introduzione
- Come scrivere un report o articolo scientifico
- Misura della vita media del muone
- Spettroscopia con scintillatori
- Misura delle proprietà di fotorivelatori a stato solido
- Misura dell’efficienza quantica di tubi fotomoltiplicatori
- Scattering Compton
5. Fisica degli acceleratori [14 ore]
- Introduzione
- Evoluzione degli acceleratori di particelle
- Richiami di cinematica relativistica
- Focalizzazione debole e forte
- Collisionatori
- Radiazione di sincrotrone
- Luminosità Metodi didattici
- Il corso consiste in lezioni teoriche in aula, esercitazioni al calcolatore ed esercitazioni in laboratorio per la realizzazione di varie esperienze.
Le lezioni si svolgono in parte mediante la proiezione di slides e in parte alla lavagna. Le slides verranno fornite allo studente come materiale di complemento.
Nel corso delle esperienze di laboratorio gli studenti verranno divisi in gruppi. Al termine delle esercitazioni ogni gruppo dovrà presentare una relazione, strutturata come articolo scientifico, che descriva obiettivi, metodologia, apparato sperimentale, analisi dati e conclusioni. Modalità di verifica dell'apprendimento
- Il docente valuterà i report delle singole esperienze di laboratorio e l’apporto dei singoli studenti nel corso delle attività di laboratorio.
L'esame finale consiste in una prova orale nella quale verranno discussi alcuni argomenti scelti dal docente tra quelli presentati durante il corso e le esperienze di laboratorio, per verificare le conoscenze acquisite dallo studente e l’abilità di comprendere e collegare i vari argomenti trattati durante le lezioni.
Il voto finale terrà conto della valutazione dei singoli report e dell’esame orale. Testi di riferimento
- Materiale fornito dal docente.
Argomenti specifici possono essere approfonditi sui seguenti testi:
G. Knoll, “Radiation detection and measurement”, John Wiley & Sons
C. Grupen, “Particle Detectors”, Cambridge University Press
G. Cowan, “Statistical data analysis”, Oxford Science Publications
C. Patrignani et al., “The Review of Particle Physics”, Particle Data Group
