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Annalisa D’Angelo

HD gas distillation and analysis for HD frozen spin

targets.

University of Rome Tor Vergata and INFN Roma Tor Vergata

Ferrara - September 8th 2009

Jlab12Roma Tor Vergata.

Annalisa D’Angelo, Luca ColasantiCarlo Schaerf, Irene Zonta

Thomas Jefferson National Accelerator Facility

Università di Roma Tor Vergata and INFN Roma Tor Vergata

JLab - Roma Settembre 2012

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Composizione del Gruppo JLab12 – Roma Tor Vergata

Personale Ricercatore 2012 2013Annalisa D’Angelo P.A. 100% 100%Irene Zonta Dott. 100% 100%Luca Colaneri Borsista - -Maria Letizia Terranova P.O. 20% 20%Carlo Schaerf P.O. Over 70 Over 70

Tot. 2.2 fte 2.2 fte

Personale tecnicoGiovani Nobili 50% 50%Daniele Pecchi 30% 30%Enrico Tusi 30% 30%Maurizio Iannilli 20% 20%Enzo Reali 30% 30%

Tot. 1.6 fte 1.6 fte

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Attività e Milestones (1/2)

6 GeV-run g14 : studio di fotoreazioni di fotoni polarizzati linearmente e circolarmente su bersagli di deuterio polarizzato in molecole di HD a spin congelato.

a. Preparazione- realizzazione di un criostato di fascio, costituito da un refrigeratore a diluizione

e corredato da un set di magneti super conduttori. (IBC + coils).

- acquisizione e funzionamento di un criostato magnetico (PD2) della ditta Janis per misure di polarizzazione dei bersagli di HD tramite tecnica

NMR.

- misure di purezza del gas di HD tramite tecnica di diffusione RAMAN su campioni di gas PRIMA e DOPO il processo di polarizzazione.

•Presa Dati -run g14 : Dicembre 2011 – Maggio 2012 ( effettuati con successo).

•Calibrazione ed analisi dati-Calibrazione in tempo del calorimetro elettromagnetico finalizzato allo studio di fotoreazioni di mesoni neutri su neutroni polarizzati.

MILESTONE 31-07-2012 Preparazione e presa dati esperimento: E-06-101 (Studio delle risonanze barioniche) in sala B – Completata 100%MILESTONE 31-12-2013 - Calibrazione dati del run g14 ( Iniziata )

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Attività e Milestones (2/2)12 GeV a. Bersaglio di HD:

- Studio della realizzazione di un sistema compatto e trasportabile al JLAB per l’analisi della purezza del gas di HD tramite spettroscopia Raman.

- R&D a Roma della misura della polarizzazione di campioni tramite NMR: “field sweep -> frequency sweep”

- Upgrade dei magneti dell’ IBC per l’ottimizzazione della polarizzazione trasversa dei bersagli di HD in collaborazione con la Sezione di Ferrara.

b. Forward Tagger: - collaborazione con la Sezione di Genova per la realizzazione del calorimetro

del Forward Tagger, finalizzato allo studio della spettroscopia mesonica.

MILESTONE 31-12-2012 Installazione e funzionamento a Roma del criostato Janis con nuovo "insert" per attività di Ricerca e sviluppo sulla tecnica NMR e condensazione di bersagli. – Completata 20% Il criostato magnetico Janis (PD2) ha sostituito quello americano per la fase di presa dati g14 e calibrazione dei segnali NMR e ci è stato richiesto che fosse trattenuto al Jlab per ulteriori 6 mesi.

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Responsabilità – Budget - A. D’Angelo:

• è stata eletta nello User Group Board of Directors del Jlab per la durata di tre anni, a partire da Giugno 2012.

• è stata nominata “Convener” per la Conferenza Internazionale CIPANP 2012 “Eleventh Conference on the Intersections of Particle and Nuclear Physics” ed è stata responsabile dell’organizzazione della Sessione Parallela “QCD, hadron spectroscopy and Exotics” (32 Spakers), St. Petersburg FL (USA), 21 Maggio – 3 Giugno 2012.

•è stata nominata “chair” per l’organizzazione della Conferenza Internazionale MENU 2013 “3th International Conference on Meson-Nucleon Physics and the Structure of the Nucleon”, che si terrà a Roma dal 30 Settembre al 4 Ottobre 2013.

Finanziamenti richiesti nel 2012: 48 k€ Finanziamenti ricevuti nel 2012: 24 k€

Finanziamenti richiesti per il 2013: 51 k€

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Attività svolta HD-ice: bersaglio di HD a spin congelato Il bersaglio polarizzato è caratterizzato da un elevato fattore di diluizione. È costituito da Idrato di Deuterio solido. Può raggiungere livelli di polarizzazione elevati:fino al 75% H e 40% D.

Tempi di rilassamento: > 1 anno Procedura di polarizzazione» 3 mesiPresa dati: » mesiGrande accettanza

Target cellTarget cell

Confronto del rapporto segnale rumore:

Bersaglio di HD – Bersagli convenzionali

Contributo INFN:• Refrigeratore a diluizione.• Contributo ala costruzione di un nuovo In-

Beam Dilution Refrigerator Cryostat.• Analisi Raman delle impurezze di orto-

idrogeno e para-deuterio nel gas HD.• Acquisto e messa apunto di un Magnetic

Vari-Temp Cryostat per la condensazione dell’ HD e misure di polarizzazione via NMR.

Target

Transfer

Target

Transfer

In-beam

cryostat

Run con deuterio polarizzato da HD-ice & fotoni polarizzati circolarmente: Dec. 2011- Feb 2012 D polarization 27%

Run con deuterio polarizzato da HD-ice & fotoni polarizzati linearmente: Apr - Maggio 2012D polarization 30%

Test di HD-ice & fascio di elettroni Marzo 2012: H mantiene T1 elevato.

Attività svolta Superconductiong coils

Bobina a sella di cavallo per il campo magnetico trasverso

Considerando 54 avvolgimenti ed una corrente di I=60 A si ottiene un campo magnetico trasverso di ~ 0.1 T con una uniformità sul bersaglio migliore del 5%.

Ciascuna delle due metà è costituita da:• 54 avvolgimenti di filo Cu:SC 1.5:1 54643 superconduttore di 254m di diametro della Supercon Inc..

Mappe del campo I=60 A, R=7 cm.

Campo verticale

calcolato

misurato

La bobina è funzionante secondo le specifiche: 600 Gauss.

E’ stata utilizzata con successo durante il run per ruotare la polarizzazione del deuterio. (Ha consentito di mantenere la polarizzazione durante lo spegnimento del solenoide principale).

Ci è stato richiesto di realizzarne una più grande per Clas12.

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Attività svolta Criostato Magnetico - NMR

Criostato di produzione o PD2

Il bersaglio di HD viene condensato nel criostato magnetico della ditta Janis detto anche “Production Dewar” PD.

Nello stesso criostato viene effettuata la calibrazione del segnale NMR che fornisce la misura della polarizzazione del bersaglio stesso.

A seguito di un danno permanente al magnete, il criostato INFN ha sostituto quello proveniente da BNL.

La restituzione è prevista dopo la fine della presa dati.

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Attività svolta Misure Raman di purezza del gas HD

(cm-1)

J=0J=2J=1J=3

J=2J=4

J=3J=5

J=4J=6

J=1J=3 J=2J=4

J=0J=2

J=3J=5

J=1J=3

J=4J=6

J=5J=7

J=2J=4

Sono stati analizzati 3 diversi campioni di gas inviati dal Jlab prima e dopo il processo di polarizzazione.I risultati RAMAN sono stati ottenuti combinando tra loro quattro diverse tecniche di analisi dati.

Ortho-H2

Para-H2

Le popolazioni ortho-e para- si comportano come due specie distinte di gas e si dispongono su pendenze distinte.

Vogliamo studiare la fattibilità di un sistema Raman compatto e portatile .

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Attività svolta Presa dati HD-ice run g14

Da Dicembre 2011 a Magio 2012 si è tenuta la presa dati dell’esperimento dedicato allo studio delle risonanze barioniche su bersagli di deuterio ed idrogeno polarizzato.

La polarizzazione del deuterio è rimasta dell’ordine del 20%per tutta la presa dati. Misure Raman del gas di HD hanno consentito di ottimizzare i tempi di polarizzazione ed utilizzo dei bersagli utilizzati

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Attività svolta Calibrazione ed analisi dati

Sono state acquistate 4 nuove macchine ( 2 server e 2 workstation)per l’analisi dati di g14.

1. Calibrazione (timing del Calorimetro Elettromagnetico -> misura della velocità dei neutroni).

1. Monte Carlo

2. Analisi dei canali con neutrone nello stato finale

Determinazione della velocità delle particelle neutre tramite misure di tempo di volo del nel Calorimetro Elettromagnetico

Missing Proton

MM(nπ+π-)

Determinazione della massa mancante nella reazione di foto-produzione di due pioni carichi su neutrone

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Attività futura – Budget

Attività prevista e dettaglio delle richieste - 2013 

Consumi: 9 k€ (minuteria elettronica e da vuoto. LHe)Inventariabile: 4 k€ (aggiornamento schede di elettronica

per NMR)Trasporti: 2 k€ (sdoganamento e spedizione gas HD)Apparati: 10 k€ (sviluppo prototipo nuovo sistema Raman

portatile)Manutenzione: 2 k€ (manutenzione Laser per Raman)Missioni estero: 18 K€ (Jlab)Missioni interno: 5 K€ (Collaborazione FE-Ge)

Totale 51 k€  Attività prevista 2013-2014-2015 e richieste

L’attività negli anni successivi sarà di collaborazione con i gruppi di Genova e Ferrara per la realizzazione del Forward Tagger e per l’upgrade dei magneti di HD-ice.

Si prevedono richieste di circa 150 k€ in tre anni, in linea con quelle attuali.