Targhette Polarizzate Attive( Elettroni / Nuclei )
Fisica Neutrino e Violazioni Parita’
• Fisica del neutrino e Interazioni attraverso SPIN
• Targhette Polarizzate Attive Paramagnetiche GSO, CeF……. Misure eseguite confermano la bonta’ dell’idea Misurata Scintillazione e Suscettivita’
Piano di Ricerca
• Richieste :Finanziarie ,Sezione, F.T.E.
POLARIS
Fisica del neutrino e Interazioni che Violano Parita’
- L’interazione debole , attraverso la sua Hamiltoniana di interazione,
pesa l’elicita’ degli stati interagenti.
- Neutrino “ Left Handed “ interagisce con elettrone “Left Handed”
- Cio’ apre la possibilita’ sperimentale di accendere e spegnere le
interazioni dei neutrini in materia polarizzata.
- Negli ultimi anni i teorici hanno sottolineato tale peculiarita’ in varie situazioni:
A) Sezione d’urto differenziale neutrini Vs elettroni (nuclei)
B) Scattering in Avanti dei Neutrini e Campo Magnetico Efficace
C) Violazione di CP attraverso esperimenti di EDM e Assioni
D) Accoppiamenti Gravito-Magnetici su Particelle Elementari
Scattering di neutrini su elettroni polarizzati • Passera , Minkhowski, Valle, Bernabeu, Rasha ……..
Forward Neutrino Scattering : Weak/ E.M Interaction
)0()0( rl ff
)0()0( rl ff
La propagazione di un onda in un mezzo contenente centri di scattering puo’essere descritta da un indice di rifrazione.
L’indice di rifrazione e’ correlato all’ampiezza di scattering in avanti f(0).
In un mezzo ottico attivo l’indice di rifrazione per un onda destrorsa e’ diverso da quello di un’onda sinistrorsa.
Il potere rotatorio ( rad/cm) di un mezzo con N centri di scattering/cm3 e Lunghezza d’onda Lambda e’ :
( In ottica circa 1 rad/cm)
Se ho interazioni con ampiezze di scattering forward in avanti con
allora ho effetto “Rotatorio”
)]0()0(Re[ rlscat ffN
Tale effetto e’ presente per le interazioni deboli ed e’ stato osservato
Sia sul neutrone ( Ramsey) che sugli Atomi (Bouchiat)
= 10^-7 rad/cm
L’effetto per il neutrino : Michael,Stodolsky,Langacker,Gelmini
I neutrini esercitano un torque sulla particella di spin s data da :
veAf nsgG 22
( 1 )
Su Materia Polarizzata e’ come se fosse presente un Campo Magnetico Efficace
t 2
Microsoft Equation 3.0
Attualmente si misurano Campi di 10-^20 T
Targhette Polarizzate & Magnetismo
Magnetismo Elettronico e Nucleare
Ferromagnetismo
Paramagnetismo
Diamagnetismo
Antiferromagnetismo
Interazione IperfinaB locale 10 teslaGrado Polarizzazione Nucleare decine%
TKB BlocaleN
Paramagnetismo
1)Elettroni Spaiati in Atomi o Molecole
2)Atomi con Orbitale Interno Non Completo
Elementi transizioni e Terre Rare
Densita’ elettroniche polarizzate 7*10^22 el/cm3
Campi Magnetici in Materia Tali da PolarizzareNuclei con gradi di polarizzazione elevati
Cristalli Paramagnetici Scintillanti e Tempi di Rilassameneto Elettronico
Cristalli Con Elementi Transizioni E Terre Rare GSO,YAG etc…..
80% saturazione a 1T e 2 K
Tempo rilassamentoGiorni a bassi campi
Attualmente i Bolometri Paramagnetici Presentano le migliori Risoluzioni Energetiche Tra tutti i rivelatori DE = meV / (Hz)^1/2
0.000 100
1.000 104
2.000 104
3.000 104
4.000 104
5.000 104
6.000 104
7.000 104
8.000 104
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
SQUID_0527 scheggia 0.0030 g M(H)
M teoM (emu/mole)
M (
emu/
mol
GS
O)
B (Oe)
Misure Magnetiche su GSO = Gd2SiO5
Polarizzazione di circa 7% a 4 Kelvin 4 Tesla
Campo Magnetico su nucleo 500 Tesla
MCA
22Na
PMT
H.V.-1125
V
Amplifier
PC
Lightpulser
GSO
Quartz bar
magnet
Fiber optics
Misure di Scintillazione a freddo e Campo Magnetico
0 1000 2000
0
10
20
Co
un
ts
Channel
1600a
0 500 1000 1500
0
30
60
Co
un
ts
Channel
680a
B=1 TT= 13K
B=1TT=300K
H.V.1800 V
Pre AmpSelectiv
eAmp
Fast filter Amp
MCA
PCAPD
6keV source
APD Measurements: A) 6 keV cold testing + B) GSO spectral measurements
0 1000 2000 3000
0
30
60
Peak 440ch:height = 38.24center = 440HWHM = 67.64
Source (6 keV)3029
Co
un
tsChannel
440
Pulse:f = 20 Hzt = 1 sA = 200 mV
APD T= 300K Ch.numb 440= 1200 el.
1200 1225 1250 1275 1300 1325 1350
553
1106
1659
2212
2765
3318
3871
4424
Data: Data1_BModel: ExpGro1 Equation: y = A1*exp(x/t1) + y0 Weighting:y No weighting Chi^2/DoF = 26408.65802R^2 = 0.99339 y0 131.14148 ±121.77834A1 1.3357E-14 ±5.794E-14t1 33.4475 ±3.58888
6 keV sourceAPD at cold: T
plate = 13.8 K
Integr.time = 500 nscoarse gain = 100fine gain = 1
Gai
n
APD Voltage
0 500 1000 1500
0
200
400
600
662 keV sourceis about 1190 channelAPD Volt = 1800Vsh.time
1=500 ns
sh.time2=500 ns
Co
un
ts
Channel
APD @ 4 Kelvin (13 K)
Prima Volta che si dimostra la Possibilita di avere un APD funzionante a 4 K
Spettro 660 Kev GSO+ APD
Antiferromagnetismo
Molti cristalli Luminescenti Alto Yield
MnF2
Bext. Regola Grado Polar.
MnF2 Properties
Manganese ha : 5 elettroni spaiati su 25 sullo stato 3d interno
+ 2 elettroni chimici sul 4s
MnF2 possiede il 12 % degli elettroni polarizzati ( 5 / 43 )
Campo Magnetico Interno sotto la temp. Neel = 1,4 Tesla
Luminescenza attorno a 600 nm ( APD Silicio )
Electron irradiated crystal
Possibilita’ di controllare anche gli Spin Nucleari in Sistemi Magnetici
Li7 , F19 ,Be9
Nuclei con + alta Sezione d’urto via Nuclear Excitation via Neutral Current
Targhette Polarizzate Attive possono Fornire Calorimetri Elettromagnetici
Con Campo Magnetico “ Built In “
Miniera Non Esplorata Sperimentalmente
Targhette ad Alta Densita’ di Polarizzazione e Tempi di Rilassamento Lunghi
Per Esperimenti Tipo EDM / Assioni / Long Range Spin-Spin Interaction
Studio Combinato Parametri Magnetici e di Risposta alle Radiazioni Ionizzanti
Attraverso Luce di Fluorescenza e Stato di Polarizzazione Luce Associata
Criostato Liquid Helium con Campo Magnetico 1 T con porta ottica
Piano Ricerca 2 Anni:
Sezioni : Padova , Cagliari , Trento