Sviluppo di sensori avanzati a stato solido (SENSIA)

Cluster di dipartimento

  • Fisica sperimentale

Sito web del gruppo

Descrizione

Il progetto vuole sviluppare rivelatori di silicio innovativi altamente competitivi nella rivelazione di fotoni, per esperimenti di precisione dedicati principalmente allo studio di raggi X e gamma. Questi rivelatori hanno applicazioni in molteplici campi della scienza fondamentale e applicata (fisica delle particelle e delle astro-particelle, rivelatori di radiazione di sincrotrone, medicina, beni culturali).

Principalmente ci sono due linee di sviluppo:

- Studio dei rivelatori a deriva di silicio (Silicon Drift Detectors, SDD). Questo ramo della collaborazione, impostata da INFN Trieste, include il Politecnico di Milano, la fondazione FBK di Trento, Elettra Sincrotrone Trieste e alcune componenti dell'INAF.

- Studio dei fotodiodi a valanga o fotomoltiplicatori di silicio (Silicon Photomultipliers, SiPM). Questo ramo include, oltre all’Università e al gruppo INFN di Udine, la fondazione FBK di Trento, i gruppi INFN di Bari, Padova, Perugia, Pisa, Roma “La Sapienza”, Roma Tor Vergata e Trieste.

Queste attività sono inquadrate nel contesto di esperimenti di nuova concezione, principalmente destinati ad applicazioni spaziali o ad avanzate applicazioni di laboratorio.

Al fine di una diffusione e divulgazione sul territorio delle tematiche legate allelinee di ricerca per le quali questi rivelatori vengono sviluppati, è prevista nell'ambito del progetto, una fase di realizzazione di materiali didattici finalizzati in tale senso, sia a livello di scuola secondaria che di univesità. La preparazione di tali materiali costituirà un'occasione d'innovazione didattica basata sulla ricerca (sia disciplinare che educazionale).

 

Per quanto riguarda l'aspetto più propriamente astrofisico, va sottolineato come a seguito della prima rivelazione diretta di onde gravitazionali, nell'autunno 2015, da parte della collaborazione LIGO/Virgo, si è aperto un nuovo campo di studio, quello dell'astronomia a onde gravitazionali. Sebbene fino ad ora gli eventi rivelati siano sempre stati compatibili con fenomeni di fusione di buchi-neri, da cui ci si aspetta solo emissione di onde gravitazionali, la comunità scientifica si è coordinata in attesa della rivelazione del primo evento in cui sia  presente una controparte elettromagnetica come ad esempio nella fase finale del collasso di un sistema contenente due stelle di neutroni o una stella di neutroni e un buco nero: in questi casi è infatti prevista, in aggiunta a quella gravitazionale, emissione elettromagnetica. La rivelazione di una controparte elettromagnetica consente di determinare una localizzazione spaziale più precisa dell’evento, identificare la galassia ospite e studiare nel dettaglio le proprietà della regione circostante. Questa complementarità delle informazioni gravitazionali ed elettromagnetiche ha favorito l'adesione di un gran numero di gruppi sperimentali ad un progetto di “follow-up” elettromagnetico in presenza di segnali di onde gravitazionali. L’emissione elettromagnetica è legata al fatto che meccanismi di accelerazione di particelle cariche sono estremamente efficienti quando i campi magnetici variano molto rapidamente, come in presenza di stelle di neutroni. Particelle cariche accelerate emettono fotoni grazie ad una multitudine di processi: bremsstrahlung, emissione di sincrotrone associata a campi magnetici in sito, effetto Compton su fotoni preesistenti, decadimento di pioni provenienti dall'interazione con gas. Tali processi producono radiazione in un ampio spettro di energia, in dipendenza dai  valori dei parametri che determinano le caratteristiche astrofisiche del sistema. Questa considerazione mette in evidenza l'importanza dello studio dell'emissione elettromagnetica, mediante una sinergia di strumenti sensibili in zone diverse e complementari dello spettro energetico. Rivelatori quali gli SDD e i SiPM, cui questo progetto si riferisce, sono molto promettenti e innovativi per sensibilità e velocità nella regione dei raggi X e gamma, rispetto agli strumenti attualmente in uso. Si prevede che questi sviluppi permettano risultati di rilievo unico anche per diverse applicazioni a linee sperimentali nuove o già attive nell'ambito delle ricerche in capo al DIMA.

Linee di ricerca

  • Disegno sviluppo caratterizzazione e applicazione di Sensori di Silicio, SiPM, SDD, SPD, custom ASIC electronics, read-out electronics
  • Technology Transfer, research-industry cooperation, Detectors for soft & FELs X- ray, X-ray applications, radiation resistent 3D detectors
  • time resolved X-ray spectroscopy, hard X-detectors, Hard X-ray indirect detection, Sensor and interconnect technologies, DAQ systems

Settori ERC

  • PE9 Universe Sciences: Astro-physics/-chemistry/-biology; solar system; planetary systems; stellar, galactic and extragalactic astronomy; cosmology; space sciences; astronomical instrumentation and data
  • SH3 The Social World and Its Diversity: Sociology, social psychology, social anthropology, education sciences, communication studies
  • PE9_11 Gravitational wave astronomy
  • SH3_10 Religious studies, ritual; symbolic representation

Etichette libere

  • Rivelatori di particelle al silicio, radiazione di sincrotrone, raggi gamma, astrofisica X
  • innovazione didattica, modelli interpretativi spontanei

Componenti

Diego CAUZ
Stefano ANSOLDI
ALESSANDRO DE ANGELIS
Incaricato esterno di insegnamento
Barbara DE LOTTO
Federico FOGOLARI
Marisa MICHELINI
Lorenzo Gianni SANTI
Alberto STEFANEL
Andrea VACCHI
Prof.Straordinari Tempo det. L. 230/2005