5 - Instrumentação em Física de Partículas II
Professor(es):
Resumo:
Explorar o universo subatômico é um desafio que tem impulsionado a física desde os tempos do atomismo grego. À medida que a ciência avançou, a compreensão da matéria em escalas cada vez menores exigiu o desenvolvimento de tecnologias de detecção sofisticadas e colaborações internacionais extensas. Essas parcerias globais têm sido essenciais para lidar com os altos níveis de energia necessários para criar e observar novas partículas, além de permitir a coleta massiva de dados indispensáveis para a detecção de eventos raros Neste curso, focamos na teoria e prática dos detectores de partículas, instrumentos vitais que permitiram grandes avanços na física moderna. Abordaremos desde os princípios fundamentais da interação da radiação com a matéria até as mais recentes inovações tecnológicas em detectores. Além de explorar a história e o desenvolvimento desses dispositivos, discutiremos suas aplicações práticas, que vão desde a pesquisa básica em aceleradores de partículas até o estudo dos raios cósmicos. Os alunos participarão de demonstrações práticas de técnicas de detecção e aquisição de dados. O curso incluirá medidas de coincidência, medidas de energia de partículas com detector Cherenkov de água, e trajetografia de múons cósmicos, utilizando detectores a gás da tecnologia RPC (Resistive Plate Chamber) e cintiladores plásticos com fotomultiplicadoras de silício (SiPM). Durante o curso, os alunos construirão um detector de raios cósmicos e receberão uma introdução à HDL (Hardware Description Language), com o objetivo de desenvolver um pequeno sistema embarcado em FPGA para medir fluxo/trajetória de múons e a energia depositada por raios cósmicos. Além disso, realizarão simulações e análises de dados utilizando as ferramentas Geant4 e Root.
Ementa
- Interação da Radiação com a Matéria e Princípios de Funcionamento de Detectores em Física de Altas Energias. Estudo da interação da radiação com a matéria e a aplicação desses princípios no desenvolvimento e operação de detectores usados em experimentos de Física de Altas Energias.
- Eletrônica para Aquisição de Dados. Introdução aos sistemas eletrônicos de aquisição de dados, incluindo o design e a implementação de circuitos para a coleta e processamento de sinais de detectores.
- Programação em Verilog para FPGA. Desenvolvimento de habilidades em programação usando Verilog, com foco em aplicações para FPGAs, visando a implementação de sistemas digitais para a aquisição e processamento de dados em tempo real.
- Software para Simulação e Análise de Dados. Utilização de softwares especializados para simulação de fenômenos físicos e análise de dados experimentais, com ênfase em ferramentas amplamente usadas na Física de Altas Energias.
- Montagem de Detectores RPC (Resistive Plate Chamber) e Cintiladores com SiPM. Prática na construção e operação de detectores RPC e cintiladores acoplados a SiPM (Silicon Photomultipliers), abordando desde a montagem física até a calibração dos sistemas.
- Coleta e Análise de Dados para Medida do Fluxo de Múons, Direção e Distribuição Angular. Realização de experimentos para medir o fluxo de múons, incluindo a análise de direção e distribuição angular, com técnicas de coleta de dados e posterior análise estatística.
Pré-Requisitos:
Alunos da segunda metade dos cursos de graduação em Física e Engenharia, bem como alunos de pós-graduação com interesse no tema.Bibliografia:
- Particle Detectors, K. Grupen & B. Schwartz
- Modern Particle Physics, M. Thomson
- Verilog HDL, S. Palnitkar
- Material produzido pelos professores do módulo