Studio di fotodiodi a valanga per il calorimetro CMS al LHC del CERN"

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di questi dispositivi in collaborazione con due ditte di produzione, Hamamatsu (Giappone) e EG&G (Canada), allo scopo di realizzare fotodiodi ecienti e resistenti alle radiazioni. Il gruppo di ricerca CMS di Roma, costituito da una collaborazione tra l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare dell'Universita di Roma La Sapienza ed il Dipartimento INN/TEC dell'ENEA al Centro di Ricerca La Casaccia di Roma, ha intrapreso uno studio atto a caratterizzare i cristalli scintillanti di tungstato di piombo e gli APD. La collaborazione e inoltre estesa anumerosi centri di ricerca europei. Il lavoro descritto nella presente tesi e incentrato sulla caratterizzazione degli APD. Nel primo capitolo viene illustrato il problema della ricerca sperimentale del Bosone di Higgs, ed e descritto brevemente il progetto della costruzione dell'acceleratore Large Hadron Collider (LHC) al CERN ; viene inoltre descritto l'esperimento Compact Muon Solenoid (CMS). Particolare attenzione e rivolta alla struttura del calorimetro elettromagnetico (ECAL), dove verranno impiegati gli APD. Nel secondo capitolo e trattato il problema della fotorivelazione. Dopo una trattazione generale sui fotorivelatori, vengono descritte in particolare la struttura degli APD e le caratteristiche che hanno portato la collaborazione CMS a questa scelta. Dal terzo capitolo ha inizio la parte sperimentale: sono riportate le misurazioni sperimentali, e la metodologia utilizzata nel conseguirle, al ne di caratterizzare le prestazioni di diversi fotodiodi a valanga. E stato inoltre misurato e studiato il comportamento dei parametri determinanti dell'APD: corrente oscura, guadagno, ecienza quantica e rumore elettronico. Nel quarto capitolo e stata studiata la resistenza dell'APD alla radiazione neutronica; sono descritti gli irraggiamenti eettuati sugli APD al reattore TAPIRO dell' ENEA- CASACCIA, e sono riportati i risultati sperimentali relativi al danno ricevuto in tali irraggiamenti; e stato misurato l'aumento della corrente oscura e di rumore, la perdita di ecienza quantica e la dipendenza della corrente e del guadagno dalla temperatura, dalla dose impartita e dalle condizioni di alimentazione. Nel quinto capitolo e arontato lo studio del recupero del danno da radiazione; e stato misurato l'andamento della corrente oscura nel tempo, ed e stato studiato l'andamento del recupero a diverse temperature. Nell'ultimo capitolo si trovano riassunte le conclusioni a cui le prove eettuate sugli APD, hanno condotto. In particolare vengono analizzate le prestazioni degli APD, ed in base ai risultati conseguiti, viene discussa la possibilita di utilizzarli nell'esperimento CMS. 5
Capitolo 1 L'esperimento Compact Muon Solenoid (CMS) 1.1 L'acceleratore Large Hadron Collider (LHC) Verso la ne degli anni `60 e l'inizio dei `70, lo studio della sica sub-atomica ebbe una fondamentale svolta con la formulazione di una nuova teoria in grado di spiegare la fenomenologia sperimentale delle interazioni elettrodeboli: il Modello Standard [1]. Questa teoria, basata sul concetto di simmetria locale e sul meccanismo di rottura spontanea della simmetria, unica coerentemente sotto un unico modello tre dei quattro tipi di interazioni fondamentali studiate in sica: interazioni elettromagnetiche, deboli e forti. Il Modello Standard riproduce con grande accuratezza tutta la fenomenologia delle interazioni dei costituenti fondamentali della materia: i leptoni e i quark. Un suo ingrediente fondamentale non e stato, pero, ancora osservato: il Bosone di Higgs, la cui presenza e necessaria per giusticare la massa non nulla delle suddette particelle [2]. Negli ultimi anni grandi sforzi sono stati fatti dai sici delle alte energie, volti alla determinazione sperimentale dell'esistenza di questo bosone, nonche alla determinazone della sua massa, della quale il modello non predice alcun valore. A tal ne verra costruito al Centro Europeo di Ricerca Nucleare (CERN ) di Ginevra l'acceleratore Large Hadron Collider (LHC), che sara ilpiu grande collider del mondo [3]. 6
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M 10 3 10 2 T=-5.7 o C T=-2.5 o C T
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