Attività di Laboratorio di
Fisica subnucleare
Dott. Mirco Andreotti
27 Febbraio 2006
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Esperienze di Laboratorio:
 propagazione di segnali elettrici nei cavi coassiali
 rivelazione dei raggi cosmici
 misura del flusso di raggi cosmici attraverso superfici diverse
 misura della distribuzione angolare dei raggi cosmici
 misura della velocità dei raggi cosmici
 misura della vita media dei muoni (solo apparato sperimentale)
 Prima studiamo i rivelatori che useremo
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Cosa useremo in laboratorio: Rivelatori
Scintillatori
 Servono per osservare particelle elttricamente cariche che li attraversano
 Particelle cariche:
elettrone ha carica -1
muone ha carica -1
protone ha carica +1
Si raccoglie
la luce e si
converte in
segnale elettrico
Con sistemi elettronici
si interpretano i segnali
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1. Propagazione dei segnali elettrici nei cavi
s  0.2m
8 m
v
 2 10


t  1ns
s
Per misurare t sfruttiamo l’onda riflessa:
Onda incidente
Onda riflessa
Noi riusciamo a vedere la sovrapposizione
fra onda incidente e onda riflessa 
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Sovrapposizione fra onda incidente e onda riflessa
Usiamo un’onda di larghezza w:
v
w
t
Sovrapposizione con w < R/2
Sovrapposizione con w > R/2
I
I
R
R
S
S
t
R
2
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t
R
2
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2. Rivelazione di raggi cosmici
20 km
Il flusso i raggi raggi cosmici è:
  1  2 cosmici
m
dm  s
2
Per contare i raggi cosmici usiamo la coincidenza fra i segnali provenienti
da 2 scintillatori sovrapposti.
Vediamo il perchè della coincidenza 
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Usiamo la coincidenza per via del rumore dell’elettronica…
Si raccoglie
la luce e si
converte in
segnale elettrico
Questa elettronica è molto sensibile e può succedere:
1. casualmente può fornire segnali anche senza ricevere luce
2. può convertire luce che arriva in ritardo a causa di riflessioni
Questi segnali si dicono segnali di rumore, ma noi non vogliamo contarli!!!
Quindi usiamo la coincidenza 
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La coincidenza fra 2 segnali si ha quando i 2 segnali arrivano nello stesso
istante (si dice anche AND logico)
1. Coincidenza: i 2 scintillatori sono stati colpiti simultaneamente
2. NO coincidenza: uno dei 2 scintillatori emette segnale di rumore
2. NO coincidenza: entrambi gli scintillatori sono stati colpiti, ma in tempi diversi
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 3. Misuriamo in lab il flusso di raggi cosmici
Usiamo 2 scintillatori in coincidenza in diverse configurazioni:
1. Sovrapposti e vicini
3. Non sovrapposti
2. Sovrapposti e lontani
4. Sovrapposti parzialmente
Perchè nelle diverse configurazioni otteniamo conteggi diversi?
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4. Misura della distribuzione angolare dei raggi cosmici
 Sono più probabili raggi a piccoli angoli piuttosto che a grandi

9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-80
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-60 -40 -20
0
20
40
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60
80
10
…Misura della distribuzione angolare dei raggi cosmici
1
1min 1max
2
2 min  2 max
1max   2 min    
i
1
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j
2
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…Misura della distribuzione angolare dei raggi cosmici
N
X
min
max
N
1
…
…
…
…
9
8
7
6
5
4
X
3
2
1
0
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80
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5. Misura della distribuzione angolare dei raggi cosmici
h
vraggi 
t
h
t
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6. Misura della vita media dei muoni
 certe particelle elementari decadono:
cioè dopo un certo si trasformano in particelle
diverse.
 il tempo di decadimento è governato da leggi statistiche:
 tutte le particelle dello stesso tipo non decadono allo stesso
istante, ma seguono la stessa
legge del decadimento esponenziale:
N (t )  N (t  0)  e

t

Cosa significa? 
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… significato della legge del decadimento esponenziale:
Più tempo passa più il numero di
particelle decadute aumenta
OPPURE
Più il tempo passa più il numero di particelle
che non sono decadute diminuisce
Particelle non decadute
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Particelle decadute
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La legge del decadimento esponenziale in dettaglio:
N (t )  N (t  0)  e

t

N(t) 1200
1000
800
600
400
200
0
0
20
40
60
80
100
tempo
 = costante di tempo = vita media della particella
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La legge del decadimento esponenziale in dettaglio:
A t=0 N(t)= 1000
A t=15 N decadute sono
= N(0)-N(15)= 1000-400= 600
A t=15 N(t)= 400
N(t) 1200
1000
800
600
400
200
0
0
20
40
60
80
100
tempo
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Decadimento del muone:
m  e  e m


 m  2.18ms
m  e  e m

carico

carico
neutri
Con gli scintillatori possiamo vedere il muone e l’elettrone:
1. Quando arriva il mu facciamo partire il cronometro
2. Quando vediamo l’elettrone fermiamo il cronometro
Il cronometro avrà contato il tempo di vita del mu!
Vedremo in laboratorio i dettagli…
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