Analisi dei dati sulla caratterizzazione di fibre ottiche per lo sviluppo del nuovo rivelatore di luminosità dell’esperimento ATLAS

La luminosità è un parametro fondamentale per gli acceleratori di particelle, in quanto permette di determinarne le prestazioni. ATLAS è uno dei quattro grandi esperimenti presenti a LHC al CERN di Ginevra, e il suo luminometro principale è il rilevatore LUCID. Per l'imminente upgrade di LHC si è reso necessario un aggiornamento di LUCID. A tale scopo sono stati installati diversi prototipi, tra cui uno costituito da fibre ottiche in quarzo accoppiate a PMT. Le particelle cariche prodotte dalle collisioni attraversano le fibre, generando per effetto Cherenkov una luce che si propaga lungo la fibra fino ad essere rivelata dai PMT. Per poter implementare questo metodo di rivelazione, è necessario applicare una correzione che tenga conto della perdita di trasmissione dovuta all’irraggiamento della fibra e della diversa produzione di luce in funzione della direzione di provenienza delle particelle. Per poter studiare questi fenomeni, è stato svolto un test beam utilizzando un fascio accelerato di elettroni presso l’area sperimentale di CLEAR. Sono state testate due fibre in quarzo precedentemente irraggiate e una fibra non irraggiata, fissate su un supporto rotante rispetto al fascio. Le perdite di trasmissione rilevate durante il test beam sono state confrontate con i risultati ottenuti da test condotti prima dell’esperimento. Questi test sono stati svolti utilizzando la luce di 6 LED, con lunghezze d’onda appartenenti allo spettro UV e visibile. Si è calcolato l'indice di rifrazione del materiale e, grazie a questo, l'effettiva distanza di propagazione della luce nella fibra. Lo studio dei dati raccolti durante il test beam ha evidenziato la presenza di diversi fenomeni che sono stati indagati in seguito tramite ulteriori esperimenti in laboratorio e, in particolare, si è studiato il comportamento dei PMT in funzione del segnale e della distanza tra la finestra del PMT e la fibra. Si è, inoltre, analizzato il segnale di dark current, rilevato durante le scansioni angolari.