La misura del tempo di volo dei frammenti nucleari nell'esperimento FOOT

L'esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target) ha l'obiettivo di migliorare la conoscenza dei fenomeni nucleari che avvengono nell'interazione fascio-paziente durante le cure di adroterapia, misurando le sezioni d'urto differenziali di produzione di tutti i frammenti nucleari. Per poter effettuare queste misure è necessario identificare il tipo di frammento prodotto determinandone la sua carica (o numero atomico) e la sua massa (o numero di massa). Il numero di massa del frammento è ricavato attraverso la minimizzazione di una funzione di χ2 di un fit cinematico delle quantità ricostruite impulso, energia cinetica e tempo di volo. La precisione raggiunta per la determinazione della carica e della massa è rispettivamente intorno al 2% e al 4%. Uno studio sistematico ha evidenziato che migliorare la risoluzione dell'impulso o dell'energia cinetica non comporta un sostanziale miglioramento sulla determinazione del numero di massa: al contrario un miglioramento sul tempo di volo si riflette direttamente su una maggior precisione del numero di massa. A tale scopo è stato allestito un apparato in laboratorio costituito da una torre di tre scintillatori per la misura del tempo di volo dei raggi cosmici che li attraversavano. L'apparato ha permesso di identificare dei metodi che possono essere usati nell'analisi dei segnali per rendere la misura sul tempo di volo più precisa. In particolare sono stati affrontati problemi quali la sincronizzazione di segnali che presentavano fluttuazioni temporali (jitter) dovuti al rumore elettronico e di segnali di ampiezza diversa (time walk): l'analisi dei dati ha permesso di migliorare sensibilmente la misura del tempo di volo effettuata in laboratorio e potrebbe essere applicata anche all'esperimento FOOT. Un miglioramento sulla sola risoluzione temporale, dagli attuali 70 ps ai 50 ps, permetterebbe un miglioramento della precisione del numero di massa, dal 4% al 3%, con una conseguente riduzione delle identificazioni isotopiche errate.