Esperimento HOLMES

HOLMES è un progetto finanziato dallo European Research Council (ERC) con un Advanced Grant . L’obiettivo di HOLMES è la misura della massa del neutrino attraverso lo studio del decadimento per cattura elettronica dell’163Ho. Holmes utilizza microcalorimetri a bassissima temperatura (Transition Edge Sensors) e 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. Microfabbricazione e ottimizzazione 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. Le richieste di HOLMES prevedono un’alta risoluzione energetica unita a un'altissima risoluzione temporale e un’elevata capacità di multiplexing. Il laureando parteciperà a tutti gli step che porteranno alla misura di 16 array di TES, per un totale di 1024 rivelatori, dalla microfabbricazione allo studio delle performance dei rivelatori e di un sistema di calibrazione.
   
   
2. Sviluppo di algoritmi per il software di analisi e per la discriminazione del pile-up. Per arrivare ad ottenere l'eccellente risoluzione energetica dei microcalorimetri progettati per la rivelazione di raggi X è necessario ottimizzare e sviluppare svariati algoritmi, che vanno dal filtraggio del segnale a routine per la calibrazione e la stabilizzazione degli impulsi. In una configurazione come quella prevista per HOLMES, con 300 eventi al secondo per rivelatore, sarà inoltre cruciale scrivere una robusta serie di algoritmi per l'identificazione degli eventi di pile-up. Il laureando si occuperà di implementare e testare questi algoritmi in linguaggio python.
   
   
3. Sviluppo di un sistema di lettura e multiplexing per matrici di micro-calorimetri. L’esperimento HOLMES nella sua configurazione finale misurerà fino a 1000 rivelatori contemporaneamente. Per leggere un numero così grande di canali lo sviluppo di un lettura multiplexato risulta fondamentale. Il laureando collaborerà alla progettazione e realizzazione software e hardware del primo dimostratore a 64 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++.
   
   
4. Studio della sensibilità di esperimenti per la misura della massa del neutrino con approccio bayesiano. La statistica Bayesiana, che affonda le sue radici in idee e concetti vecchi di centinaia di anni - tanto che sarebbe lei a dover essere chiamata “statistica classica” - di recente sta vedendo una vera e propria riscoperta, acquisendo sempre più importanza in diversi ambiti di ricerca. Questo grazie sia alla sua eleganza, sia allo sviluppo di potenti algoritmi che hanno permesso una facile applicazione del suo teorema più importante: il teorema di di Bayes. Lo studente svilupperà un software di analisi in python basato su STAN, con l'obiettivo di creare uno strumento capace di valutare la sensibilità statistica di presenti e futuri esperimenti sulla massa del neutrino.
   
   
5. Studio del fondo di raggi cosmici e radioattività naturale. Un parametro critico per che influenza la sensibilità sperimentale sulla massa del neutrino è dato dal fondo. E' perciò necessario avere una valutazione precisa delle componenti dovute a radioattività ambientale e raggi cosmici. Le attività previste per la tesi riguardano: simulazioni montecarlo con GEANT4, misure del fondo all'interno del criostato con TES (Transition Edge Sensors) e misure del fondo nel laboratorio con HPGe (High-purity Germanium).
   
   
6. Setup dell’impiantatore ionico in collaborazione con l'università degli studi di Genova. Uno speciale impiantatore verrà utilizzato per inserire l’Olmio all’interno dei microcalorimetri TES. L’efficienza dei processi di estrazione dell’Olmio, di purificazione e di concentrazione del fascio ionico saranno cruciali per il raggiungimento degli obiettivi previsti dall’esperimento. L'impiantatore si trova nel dipartimento di fisica dell'università di Genova. Il laureando si occuperà dell'installazione e ottimizzazione di tutti i componenti dell’impiantatore, dalla sezione di accelerazione, al focusing del fascio alla camera del target, nella quale una co-evaporazione di oro tramite sputtering verrà effettuata.

Tutte le attività sopra elencate, oltre all'attività principale, prevedono un coinvolgimento in tutte le fasi di costruzione, analisi e ottimizzazione dell'esperimento.

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