ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| METODOLOGIE SPERIMENTALI PER LA FISICA DELLE ASTROPARTICELLE | FIS/01 | LEZIONI | 54 |
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Il corso presenta la strumentazione e le tecniche sperimentali per l'osservazione
di sorgenti astrofisiche nel dominio delle alte energie. Le diverse strumentazioni
sono discusse partendo dagli ordini di grandezza delle quantita' da misurare (flussi,
spettri...). I rivelatori di fotoni e di particelle sono trattati come i blocchi
fondamentali prima di discutere le loro integrazione in strumentazione complessa per
esperimenti a Terra e dallo spazio. La strumentazione e le tecniche per la fisica
delle astroparticelle sono trattati discutendo le diverse regioni come aree di
ricerca: astrofisica X, astrofisica gamma, astrofisica con raggi cosmici,
astrofisica con neutrini, astrofisica gravitazionale, ricerca di materia oscura.
Il corso comprende una
parte dedicata al follow-up delle controparti eletromagnetiche di eventi ad alta
energia. Una parte del corso e' dedicata agli archivi pubblici di dati di
esperimenti di alte energie e ai metodi di analisi dei dati, con esercitazioni in
classe su dati (open data) di astrofisica X, astrofisica gamma, di inteferometri
gravitazionali.
Le conoscenze acquisite forniranno agli studenti interessati ad una tesi nel campo
delle astroparticelle la conoscenza della strumentazione e delle tecniche di
osservazione di sorgenti astrofisiche ad alta energia per lavorare alla
strumentazione, pianificare ed eseguire le osservazioni.
Interazioni radiazione-materia. Interazioni di particelle cariche. Interazioni
di fotoni. Orizzonti osservativi. Sciami elettromagnetici e sciami adronici.
Produzione di sciami in atmosfera.
Rivelatori di particelle e di fotoni ad alta energia: rivelatori a ionizzazione;
rivelatori a stato solido; sistemi di scintillatori; rivelatori Cherenkov e TRD;
calorimetri. Misura di proprieta' fisiche: posizione, intervalli temporali,
energia, quantita' di moto. Identificazione di particelle.
Coordinate celesti. Misure di tempo. Osservabilita' di una sorgente.
Risorse Internet per l'astrofisica delle alte energie.
Astrofisica con raggi X: sorgenti e ordini di grandezza. Telescopi per raggi X
soft. Telescopi per raggi X hard. Spettrometri per raggi X. Polarimetria X.
Esempi di strumentazione su satellite: Swift, INTEGRAL, RXTE, Chandra, NUSTAR,
MAXI, XMM-Newton.
Astrofisica con raggi gamma: sorgenti e ordini di grandezza. Rivelazione diretta
di raggi gamma da satellite: sistemi di scintillatori; telescopi Compton; pair
conversion telescopes. Osservatori nello spazio: EGRET, Fermi, AGILE. Rivelazione
di raggi gamma di alta energia da Terra. Telescopi Cherenkov. MAGIC, HESS,
VERITAS, CTA. Air shower arrays: HAWC, Milagro.
Astrofisica con raggi cosmici: sorgenti e ordini di grandezza. Misure dirette di
raggi cosmici di bassa energia da satellite. Ricerca di antimateria nello spazio.
AMS-02, PAMELA, CALET. Misura di raggi cosmici di alta energia da Terra. Extensive
Air Shower arrays: KASCADE, CASA. Rivelazione di radiazione di fluorescenza: HiRes. Rivelatori ibridi: AUGER, TA.
Astrofisica dei neutrini: sorgenti e ordini di grandezza. Rivelazione di neutrini
di alta energia. Caratteristiche di eventi di interazione di neutrini. Rivelazione
in ghiaccio e in acqua. Telescopi per neutrini di alta energia: IceCube, ANTARES,
KM3NeT. Rivelazione di neutrini di bassa energia. Rivelazione di neutrini solari.
Rivelazione di neutrini da supernova.
Astrofisica gravitazionale: sorgenti e ordini di grandezza. Rivelatori risonanti.
Rivelatori interferometrici. Sorgenti di rumor negli interferometri. Osservatori
gravitazionali: LIGO, Virgo, GEO600, eLISA. Rivelazione di onde gravitazionali a
bassa frequenza.
Materia oscura: ordini di grandezza. Rivelazione diretta di materia oscura.
DAMA/LIBRA, CoGent, CDMS, EDELWEISS, Xenon10, DarkSide50. Rivelazione indiretta
con osservazioni di raggi gamma e leptoni.
Rapporto segnale-rumore per osservazioni ad alta energia. Tecniche di osservazione.
Proposte di osservazione ai satelliti.
Analisi statistica. Analisi di serie temporali. Procedure di analisi nelle diverse
regioni dell'astrofisica delle alte energie. Software per l'analisi dei dati.
Posizione e localizzazione di sorgenti astrofisiche. Follow-up elettromagnetico di
eventi ad alta energia, di neutrini e gravitazionali. Ricerca di controparti
ottiche con tecniche di fotometria. Classificazione del tipo di sorgente con
tecniche spettroscopiche.
Confronto delle tecniche di misura in varie bande dello spettro elettromagnetico.
Spectral Energy distribuition (SED).
- Lena, Lebrun, Mignard, Observational Astrophysics - Longair, High Energy Astrophysics - Poggiani, High Energy Astrophysical Techniques - Poggiani, Optical, Infrared and Radio Astronomy - Spurio, Particles and Astrophysics - A Multi-Messenger Approach
