Il TAS


TAS Display

Quattro delle dieci linee di laser del TAS viste nel display del Tracker.

Il Tracker Alignment System (TAS) controlla la stabilità dell’allineamento del Tracker.

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Perché ci serve il TAS?

Quando si fa la misura della lunghezza di un oggetto bisogna stare attenti a come si posiziona lo zero della scala dello strumento di misurazione. Se non si fa coincidere lo zero con il bordo dell’oggetto si compie un errore sistematico e, di conseguenza, si falsa la misura.

Il medesimo discorso vale anche anche per i complicati sistemi di rivelazione delle tracce della fisica delle alte energie. In questi sistemi la traiettoria della particella è determinata a partire dalla misura di precisione delle coordinate di attraversamento della particella a diverse profondità mediante piani di rivelazione. E’ fondamentale conoscere la posizione esatta di tutti i piani di rivelazione, e dei moduli che li compongo in modo da non commettere errori sistematici nella valutazione delle coordinate di attraversamento. I

l Tracker di AMS, composto da 192 moduli posti su 9 piani di silici, è stato accuratamente allineato coun un fascio stretto di protoni monocromatici (cioè della stessa energia)  estratti dall’acceleratore di particelle SPS del CERN. Il fascio è stato fatto incidere su AMS sotto diverse angolazioni (più di 600 diverse posizioni). La procedura di allineamento consiste nella determinazione delle costanti di rotazione e traslazione di tutti i moduli del tracciatore utilizzando il fascio di protoni come riferimento assoluto.

Nello spazio le cose possono diventare ancora più complicate! I rapidi cambiamenti delle condizioni termiche dovute all’orbita della ISS, che ha un’orbita di soli 90 minuti, possono indurre deformazioni meccaniche sui piani del tracciatore introducento disallineamenti fra i moduli. Questi eventuali disallineamenti possono generare errori sistematici che possono modificare la valutazione della rigidità.

Il sistema TAS consente un rapido e affidabile monitoraggio della stabilità geometrica del Tracker durante la missione, il che dovrebbe permettere di controllare e (speriamo!) correggere errori sistematici dovuti al disallineamento.

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Come funziona il TAS?

Il TAS emette fasci laser che simulano tracce perfettamente dritte (dette di rigidità infinita). La posizione di un fascio laser può essere ricostruita con maggiore precisione rispetto alla posizione di una singola particella. Grazie al laser è dunque possibile individuare, con un’accuratezza di 5 µm, un cambiamento nella geometria del Tracker.

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Com’è costruito il TAS?

Il Tracker di AMS-02 ha 2 ⨉ 10 coppie di fasci laser di controllo allineati (10 puntano verso l’alto e 10 verso il basso), i cui fotoni sono prodotti da diodi laser montati fuori dal Tracker (sopra e sotto). Il laser ha una potenza tale per cui riesce a penetrare 7 strati di silicio degradandosi parzialmente a ogni attraversamento. I sensori del Tracker lungo i fasci di allineamento sono rivestiti da materiale antiriflettente (SiO₂ e Si₃N₄), ottimizzati per la lunghezza d’onda di lavoro del laser (1082 nm, nella banda infrarossa) in modo da avere una riflettività residua dell’1% circa e poter ridurre la forte attenuazione dovuta all’altro indice di rifrazione del Silicio.

Il sistema di controllo dell’allineamento a raggi infrarossi del tracciatore soddisfa i requisiti necessari per operare nello spazio: pesa poco (3kg), consuma poco (1 mW) e ha una precisione superiore alla risoluzione intrinseca del Tracker. Un sistema simile è stato costruito, sfruttando il know how sviluppato per AMS, per il più grande Tracker al silicio mai sviluppato per un esperimetno a terra (o meglio, sottoterra!): il Tracker dell’esperimento CMS operante all’acceleratore LHC del CERN.

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Per saperne di più:

» AMS: ACC-TRD-TAS Home Page (Aachen)

» Errore istematico (Wikipedia)

» Laser (Wikipedia)

» Home Page di CMS