Low Temperature Detectors for Neutrino Physics

Esperimento PTOLEMY

PTOLEMY è un progetto per la rivelazione del fondo di neutrini cosmici prodotti durante il Big Bang, i cosiddetti relic neutrinos. Il progetto è portato avanti da una collaborazione internazionale che include l’Università di Milano-Bicocca, l’istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), l'Istituto Nazionale per la Ricerca Metrologica (INRIM), la Princeton University e il National Institute for Subatomic Physics in Olanda (NIKHEF).

PTOLEMY rivelerà i neutrini cosmici tramite la loro cattura in un bersaglio di trizio. L'elettrone emesso dalla cattura di un neutrino sarà analizzato da un complesso e innovativo spettrometro che combina la misura della radiazione RF emessa da un elettrone in un campo magnetico, una selezione degli elettroni tramite un filtro elettromagnetico variabile e la misura dell'energia cinetica con array di microcalorimetri TES. Il progetto al momento si concentra su una serie di attitivà di R&D per la realizzazione di un piccolo prototipo che dimostri il principio di funzionamento dello strumento. Il prototipo permetterà anche un sensibile esperimento per la misura diretta della massa del neutrino.

Parte dell'R&D per lo sviluppo dei microcalorimetri si svolge nel Laboratorio Criostati del Dipartimento di Fisica “G.Occhialini” dell’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con l’istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Possibilità di tesi includono:

1. Caratterizzazione di rivelatori TES. Un Transition Edge Sensor è un microcalorimetro che converte l’energia di una particella in una misurabile variazione di temperatura la quale, a sua volta, viene convertita in segnale elettrico. Sono sensori con alte risoluzioni energetiche, che vengono usati in svariati campi di ricerca. I microcalorimetri TES non sono mai stati utilizzati per la rivelazione di elettroni di bassissima energia (<100eV) come richiesto per l'esperimento PTOLEMY. PTOLEMY richiede la capacità di rivelare elettroni di bassissima energia con una risoluzione migliore di 0.1eV. Il laureando parteciperà all'installazione di un sistema di lettura a SQUID dedicato all'R&D sui TES di PTOLEMY e alla caratterizzazione di TES prodotti presso l'INRIM. La caratterizzazione inizierà usando raggi X di bassissima energia.
   
   
2. Sistema di calibrazione a bassissima energia. Per caratterizzare i TES di PTOLEMY si utilizzeranno sia fotoni nel visibile che elettroni di bassissima energia. L'obiettivo finale è determinare la funzione di risposta dei rivelatori per elettroni monoenergetici con energia minore di circa 100eV. Lo studente parteciperà all'installazione di un sistema di fibre ottiche per irraggiare con singoli fotoni provenienti da un laser attenuato i rivelatori. Successivamente parteciperà alla progettazione e installazione di un sistema per la fotoemissione di elettroni di bassissima energia.
      
3. Sviluppo di un sistema di lettura e multiplexing per matrici di micro-calorimetri. Il prototipo di PTOLEMY richiede l'uso di una matrice di microcalorimetri e quindi si avvantaggerebbe di un sistema di lettura multiplexato. Il multiplexing non è mai stato utilizzato prima per la lettura di rivelatori TES ad alta risoluzione per bassissime energie come quelli di PTOLEMY.  Il laureando collaborerà alla progettazione e realizzazione software e hardware di un primo sistema di multiplexing a microonde a 32 canali. Inoltre parteciperà alla caratterizzazione ed ottimizzazione del sistema e dei rivelatori ad esso connessi, realizzando programmi di presa dati ed analisi. Tutti i programmi realizzati saranno scritti nei linguaggi python e C++.
   
   

Contatti
Angelo Nucciotti (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.)
Andrea Giachero (This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.)