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Il progetto ALICE a Padova

Il progetto ALICE a Padova. Federico Antinori Gruppo ALICE - Padova. Contenuto. L’acceleratore LHC La fisica dell’esperimento ALICE Il gruppo di Padova e il rivelatore SPD (Silicon Pixel Detector). Large Hadron Collider (LHC). CERN. Monte Bianco. Padova.

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  1. Il progetto ALICE a Padova Federico Antinori Gruppo ALICE - Padova FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  2. Contenuto • L’acceleratore LHC • La fisica dell’esperimento ALICE • Il gruppo di Padova e il rivelatore SPD (Silicon Pixel Detector) FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  3. Large Hadron Collider (LHC) FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  4. CERN Monte Bianco Padova FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  5. CERN LHC SPS FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  6. CMS LHC ALICE FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  7. Large Hadron Collider (LHC) • 27 km di circonferenza • circa 100 m sotto terra • particelle accelerate a 99.9999991 % della velocità della luce • > 10 000 orbite al secondo • magneti superconduttori • T = 1.9 K = -271.25 C (zero assoluto: -273.15 C) • punto più freddo del sistema solare! FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  8. Introduzione alla Fisica di ALICE FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  9. ELETTRONE NUCLEO PROTONE QUARK ATOMO FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  10. Interazione Forte • Protone: uud • Neutrone: udd • Nel modello standard • 6 quark • interazione fra quark mediante scambio di gluoni • “interazione forte” • teoria: Cromodinamica Quantistica (QCD) beauty FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  11. Due questioni aperte in QCD • confinamento dei quark • i quark sembranno perennemente “confinati” all’interno di altre particelle, dette “adroni” (come il protone e il neutrone) • la metà dei fermioni non sono osservabili come particelle libere • generazione delle masse degli adroni • protone = uud • 2 m(u) + m(d) ~ 12 MeV • ma m(protone) = 938 MeV! • da dove viene il 99% di m(protone)? • si pensa che i due fenomeni siano correlati • Lo studio delle collisioni di nuclei pesanti ad LHC dovrebbe permetterci di accedere sperimentalmente alla fenomenologia del confinamento beauty FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  12. Collisioni tra nuclei ad LHC • Facendo collidere due nuclei a energia ultrarelativistica, speriamo di ricreare, per un tempo brevissimo, le condizioni appropriate per il “deconfinamento” • Si pensa infatti di ottenere un plasma di quark e gluoni (Quark-Gluon Plasma, QGP) in cui i quark (e i gluoni che ne mediano l’interazione) vengano “liberati” • Studiando le proprietà del QGP, speriamo di capire meglio il fenomeno del confinamento e come vengano generate le masse dei protoni, neutroni e altri adroni FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  13. Come studiare il QGP? c c • Un approccio particolarmente promettente consiste nel sondare il sistema mediante quark “pesanti”: c (charm) e b (beauty) • Questi vengono prodotti nell’impatto iniziale tra i due nuclei • E si propagano all’interno del sistema, depositando energia in modo dipendente dalla massa, diversa per c e b • In pratica, i quark c e b si dovrebbero poter usare come “sonde calibrate” c c FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  14. Padova e il rivelatore SPD FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  15. Alla caccia di charm e beauty • Come rivelare le particelle contenenti quark c e b? • Le vite medie sono cortissime: ~ picosecondo (milionesimo di milionesimo di secondo) • Alla velocità della luce  centinaia di µm, al più qualche mm • Altissima precisione di tracciamento vicino al punto d’interazione FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  16. Alla caccia di charm e beauty • rivelatore ad alta risoluzione spaziale • “Silicon Pixel Detector” (SPD) • il più vicino possibile al punto di interazione • e il più sottile possibile! • per deviare le tracce il meno possibile! FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  17. Progetto ALICE - SPD • Padova, Legnaro, Bari, Catania, CERN, Kosice (SK) • Gruppo di Padova: • specifiche, progetto, disegno • supporto meccanico • sistema di raffreddamento • assemblaggio settori • test elettronici • integrazione • installazione FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  18. i) alta risoluzione spaziale: Chip a Pixel di ALICE 13.5 mm 15.8 mm • chip a segnali misti (analogico/digitale) • tecnologia CMOS 0.25 µm • celle di 50 µm x 425 µm • 8192 celle per chip • potenza dissipata di ~ 120 µW per pixel • disegno tollerante alle radiazioni FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  19. Connessioni mediante bump-bonding Picture of a solder bump bond (courtesy of VTT) bump-bonded assembly Sensor Chip bump-bonded assembly Sensor (200 µm thickness) Chip (150 µm thickness) • connessione tra silicio rivelatore e chip di lettura mediante “bump-bonding” • bump di lega PbSn • un bump per ognuna delle celle del rivelatore (9.8 milioni) FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  20. Half-stave Bus Ladder: 5 chips + 1 sensore elettronica di lettura e controllo chip a pixel sensore al silicio foglio di messa a terra settore di supporto e raffreddamento lunghezza: 193 mm FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  21. ii) più vicino possibile all’interazione • diametro del tubo di fascio: 3 cm • rivelatore più vicino a 7 mm • punto di massimo avvicinamento tra tubo di fascio e SPD: 5 mm FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  22. ii) il più sottile possibile… The Half Cylinders and their tooling Front view Half-Barrel final assembly • Settori di supporto in fibra di carbonio • alto modulo elastico, basso numero atomico (diffusione multipla  √Z) • due strati di fibre unidirezionali di 100 µm di spessore l’uno • 90 tra le direzioni delle fibre nei due strati Progetto: Adriano Pepato Matteo Turcato Marco Romanato FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  23. Produzione settori “in casa” • “cottura” in autoclave • Laboratorio Materiali Compositi INFN-PD a Legnaro • produzione fissazioni • officina meccanica INFN-PD Andrea Benato Daniele Mazzaro Leonardo Garizzo Fabio Veronese Denis Maniero FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  24. Qualificazione settori • tutti i settori verificati e misurati sotto macchina di misura prima dei montaggi successivi • misure confrontate direttamente con modello CAD • planarità tipica ~ 60 µm • informazioni su geometria misurata utilizzate poi in fase di assemblaggio • compensazioni Sandra Moretto Shen Dongjun Marcello Lunardon FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  25. Raffreddamento • da rimuovere ~ 20 W per stave, ovviamente usando una quantità minima di materiale… • riscaldamento evaporativo • Freon C4F10 • tubi di phynox (lega Co-Cr-Ni-Mo) • 40 µm di parete • 500 µm di spessore totale • resistentissimo alla corrosione • capillari du Cu-Ni: 500 µm diametro • in pratica: un sistema frigorifero integrato nei settori in fibra di carbonio FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  26. ogni produzione testata per impurità • prima del montaggio, ogni parte testata per perdite • test di perdita di He • test ripetuto dopo ogni passo di saldatura, assemblaggio • ogni settore certificato senza perdite • < 10-9 g/cm2/bar Adriano Pepato Rosario Turrisi Sandro Martini Razvan Dima Fernando Scarlassara Marcello Lunardon FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  27. Risultato: un rivelatore ultraleggero • Spessore visto da una particella che attraversa i due strati: ~ 2.3% X0 • equivalente a 0.33 mm di rame! FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  28. Assemblaggio dei settori • necessità di ottimo contatto termico • tra half-stave e tubi di raffreddamento • possibilità di smontaggio • accoppiamento meccanico: • colla UV • clip in fibra di carbonio • accoppiamento termico: • grease termica FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  29. Sistema di assemblaggio distributore colle sistema di rotazione del supporto allineamento rivelatore • Camera Pulita della Sezione di Padova a Legnaro (LAE) movimentazione rivelatore FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  30. Sistema di assemblaggio • Sistema ideato e disegnato in Sezione • Controlli da computer • movimentazioni • valvole vuoto • distribuzione e polimerizzazione colla • software sviluppato in Sezione, in collaborazione con Servizio Elettronica FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  31. Assemblaggio • 11 settori assemblati • 1 prototipo + 10 produzione • maggio 2005  febbraio 2007 • velocità determinata da disponibilità componenti • resa: 100% • nessun componente danneggiato Beppe Viesti Carlo Bombonati Francesco Rampazzo Razvan Dima Daniela Fabris Francesca Soramel Adriano Pepato Marcello Lunardon Laszlo Sajo-Bohus Sandra Moretto Christian Manea Dong-jun Shen Marco Caldogno FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  32. Test dei wafer di chip pixel Lot 3 • Test dei wafer su probe station • in camera pulita PD a Legnaro • selezione chip da utilizzare in produzione • totale di 55 wafer testati Gianfranco Segato Stefano Marchini Fulvio Calaon Pier Giuseppe Zatti Giampaolo Galet + LNL: Christian Manea Enrico Fioretto FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  33. Test half-stave • Prima e dopo l’assemblaggio • camera pulita PD a LNL Fulvio Calaon Giampaolo Galet Christian Manea Stefano Marchini Pier Giuseppe Zatti + LNL Gianfranco Prete Andrea Dainese Marco Cinausero Luigi Vannucci FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  34. Banco di test e integrazione al CERN • DSF al CERN (PH Department Silicon Facility) • progettazione e installazione: INFN – PD • + impianto di raffreddamento Adriano Pepato Fabio Veronese Razvan Dima Daniele Mazzaro Marco Romanato Andrea Benato Matteo Turcato Rosario Turrisi FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  35. Integrazione in DSF • Integrazione del barrel e preparazione per l’installazione FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  36. Integrazione in DSF • Integrazione del barrel e preparazione per l’installazione Adriano Pepato Razvan Dima Daniele Mazzaro Fabio Veronese Matteo Turcato Marco Romanato Rosario Turrisi Andrea Benato Denis Maniero FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  37. Installazione • Problema “topologico” ancora prima che meccanico! • Sequenza di installazione estremamente complessa • L’SPD è l’ultimo dei rivelatori interni ad essere installato FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  38. (B< 0.4 T) FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  39. FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  40. FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  41. FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  42. l’arrivo dell’SPD al punto di interazione FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  43. rimozione della protezione del tubo di fascio FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  44. rimozione della protezione del tubo di fascio FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  45. Inner layer Outerlayer • installazione del mezzo-barile superiore FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  46. integrazione preparata sul CAD… FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  47. a installazione ultimata Installazione: Adriano Pepato Razvan Dima Daniele Mazzaro Matteo Turcato Marco Romanato Andrea Benato Leonardo Garizzo Rosario Turrisi FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  48. Software e preparazione analisi • Analisi dati dei fasci di test • Messa a punto delle procedure di allineamento • Preparazione analisi dati • produzione di charm e beauty in interazioni Pb-Pb e pp Daniela Fabris Sandra Moretto Marcello Lunardon Andrea Dainese Marcello Lunardon Sandra Moretto Andrea Rossi Carlo Bombonati Julien Faivre Andrea Dainese Marcello Lunardon Andrea Rossi Carlo Bombonati Maurizio Morando Rosario Turrisi Julien Faivre Sandra Moretto FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  49. Proto-Tier 2 ALICE PD-LNL • Nodo di calcolo Grid “Tier2” PD-LNL • attività ALICE da febbraio 2006 • partecipazione continua al Physics Data Challenge di ALICE da giugno 2006 • potenza di calcolo attuale (ALICE): 60 kSI2k Siti INFN ALICE luglio 06 – luglio 07 Gaetano Maron: resp. gestione Simone Badoer Massimo Biasotto: resp. tecnico Luciano Berti Andrea Dainese, Luigi Vannucci (ALICE) Sergio Fantinel Ugo Gasparini (CMS) Roberto Ferrari FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

  50. e i responsabili… • che mi hanno preceduto e seguito: Maurizio Morando Rosario Turrisi FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007

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