Incontro con Rinaldo, da Frascati al Tibet - Roma Tor Vergata 20 Febbraio 2014 Benedetto D'Ettorre Piazzoli

Incontro con Rinaldo,
  da Frascati al Tibet
      Benedetto D’Ettorre Piazzoli
   Università di Napoli Federico II and
         INFN – Sezione Napoli

Roma Tor Vergata 20 Febbraio 2014

   Incontro con Rinaldo
   Ci perdiamo di vista
   Intermezzo
   Da SINGAO ad ARGO
   ARGO

INCONTRO CON RINALDO

1967 Conosco Rinaldo in ‘Sala Attrezzature’ ai Lab. del CNEN , Frascati

1968 Entrambi eravamo impegnati per gli esperimenti ad ADONE
     Rinaldo con Conversi, io con Grilli

Gli esperimenti si fondono, Rinaldo continua la sua attività a Roma e
    Frascati

…ma io vado a Torino a lavorare sui raggi cosmici, e così ci perdiamo di
  vista

CI PERDIAMO DI VISTA, O QUASI
--metà anni ’70
       traffico con i tubi a flash per la collaborazione Frascati-Torino
       e contatto Rinaldo che aveva realizzato l’ Alveare di Moplen ,una
       evoluzione dei tubi a flash tradizionali.
       Sono colpito dalla sua competenza e fantasia !

Lungo black-out, incontri episodici a Frascati o al CERN, ma Rinaldo
lavorava per UA1, io alla North Area e al Monte Bianco

Ci siamo rincontrati con maggior frequenza alla fine degli anni ’80 !!

INTERMEZZO

Molte osservazioni ( poi rivelatesi in gran parte errate !) suggeriscono la produzione di
fotoni di alta energia ( TeV ) da sorgenti galattiche (Cygnus X-3, Hercules X-1) ed
extragalattiche (LMC)

fotoni ai TeV vengono da pioni neutri , ma allora vi sono anche pioni carichi e quindi
neutrini !

neutrino = segnatura non ambigua di interazione di raggi cosmici , e puntano
direttamente la sorgente
      scoperta delle sorgenti di raggi cosmici ( Cygnus X-3 ed altre)
     grande eccitazione, questi neutrini ai TeV li può osservare MACRO (103 m2 ) ??
     troppo piccolo  104 m2  apparati di superficie  LAGO , SINGAO

Pio Pistilli mi contatta, mi descrive SINGAO, un tracciatore multistrato che
utilizza un nuovo rivelatore realizzato da Rinaldo, l’RPC molto
performante, grande risoluzione spaziale e temporale e poco costoso, col
quale si possono rivelare i muoni ‘ che vengono da sotto ’ prodotti
dall’interazioni dei neutrini

Siamo alla fine degli anni ’80. Ma una data importante e fondamentale per
il proseguo degli eventi è Ottobre 1986 quando a Pechino incontro il Prof.
Tan che ha montato 16 scintillatori sul tetto del ‘main building’ di IHEP
per studiare gli sciami atmosferici. Tan parla del progetto a YangBaJing
(Tibet, 4300 m) con i giapponesi. Sono interessato per una eventuale
partecipazione, ma quando ne parlo in CSN2 sono violentemente
contrastato

Da SINGAO ad ARGO
SINGAO in difficoltà
Test degli RPC
Problema delle infrastrutture ( dove? e i costi?)
Nuovi dati da EAS-TOP, HEGRA, CASA-MIA danno solo upper limits per i flussi di fotoni,
circa 10 volte più bassi dei flussi precedentemente stimati !  l’osservazione dei neutrini
richiede una superficie sensibile di almeno 105 m2  fine di SINGAO
1989 scoperta di fotoni al TeV dalla Crab Nebula, un solo strato di RPC per rivelare lo sciame
atmosferico potrebbe studiare questa e altre sorgenti, nasce l’idea di ARGO ( ..dai neutrini ai
fotoni..)
L’idea originaria = 104 m2 in quota a circa 1000 m in Italia ( più in alto c’è troppa neve! )
Dove ? Candidato il Toppo di Castelgrande
molte incertezze, il sito è una landa desolata da bonificare, costo infrastrutture…
..e dalle simulazioni risulta che la soglia è 5 TeV , per scendere bisogna andare più in alto, anche
se fai un apparato più grande
1991 ICRC Dublino osservazioni sui fotoni al TeV consolidate
discuto con Pio Pistilli la possibilità di installare ARGO ad alta quota, Rinaldo assicura che gli
RPC lavorano bene pure a 4000 metri… prendiamo in considerazione YangBaJing
anni seguenti vedono numerosi contatti con i cinesi ( tra cui Tan ) anche qui a Tor Vergata, che ci
invitano al Workshop a Lhasa (Tibet)

ARGO

1994 Workshop a Lhasa , ci andiamo Rinaldo, Pio e io presentiamo l’idea
di un ‘RPC carpet’ ad alta quota , grande interesse cinese (slides)

visitiamo YangBaJing e l’installazione cino-giapponese. I ‘turnisti’
     dormono in piccoli locali. Non v’è acqua corrente , i servizi igienici
     sono rappresentati, a circa 50 metri e all’aperto, da due buchi separati
     da un muro, un rubinetto fornisce ,ogni tanto, un po’ di acqua. Diciamo
     a Tan che tutto ciò non è congruo con lo stile di vita italiano.

Viaggio indimenticabile nel Tibet storico , in una realtà fuori dal tempo,
    con tuffo finale mozzafiato dall’altopiano (4000 metri) a fondo valle
    (1000metri). C’era anche Aldo Morselli

1994 primo contatto con CSN2 , grande freddezza…‘ gamma astronomia e
 raggi cosmici sono ‘border line’ ‘

1995 ICRC a Roma, molti interventi e molti incontri con esponenti cinesi
 tra cui il direttore di IHEP e il rettore della Tibet University

1996 presentiamo la proposta, la freddezza continua. E Cina e Tibet non
piacciono. CSN2 istituisce una commissione per vagliare possibili siti in
alta quota ( Hawaii, Chacaltaya, Tibet ). Solo i cinesi risuonano
positivamente. Nel frattempo è stato montato un piccolo tappeto di RPC a
Tor Vergata

Molti viaggi a Pechino. Un pomeriggio io e Rinaldo decidiamo di andare a
piedi (!!!) da IHEP a Tien Ammen. Dopo 2 ore sotto una gelida tramontana
cinese decidiamo di tornare indietro, e sconvolti e rimbambiti dal freddo
osiamo passare con il rosso una larga strada , e siamo travolti da centinaia
di biciclette..ci ranicchiamo, qualcuna ci urta, tutte ci sfiorano..alla fine
siamo salvi!

1997 finalmente la CSN2 ci concede un test a YangBaJing con pochissime risorse
( ‘ tanto moriranno a YBJ e non se ne parla più ‘ era il commento più diffuso).

1997/1998     ARGO-test a YBJ. Portiamo materiale più o meno raccogliticcio,
   assembliamo gli RPC in loco, li installiamo in un piccolo ambiente, montiamo il
   sistema di gas, l’elettronica e..via con la presa dati con e senza piombo e con
   diverse miscele  splendidi risultati di fenomenologia degli sciami , fissato il
   punto di lavoro degli RPC a 4300 m di quota. La ‘guest house’ sono dei piccoli
   ambienti dove ci si muove a malapena e con temperatura tra gli 11 e 15 gradi.
   (slide)

1998 ARGO approvato dalla CSN2 ! anche se i fondi allocati non consentiranno una
   installazione 120 x 120 m2 ( grande rammarico, ARGO 120x120 con piombo
   avrebbe avuto una sensibilità comparabile a HAWC)

2000/2001 si completa il building che accoglierà il carpet di RPC . Cerimonia di
   consegna con governatore del Tibet e l’ambasciatore italiano. Grande entusiasmo.

Molte difficoltà nell’installazione che va a rilento e con grande fatica
--costruzione degli RPC molto complessa e in parallelo con quella degli RPC di
    ATLAS e CMS
--trasporto materiale a YBJ richiede circa 3 mesi
--a Lhaasa e YBJ non c’è niente, ogni errore di pianificazione si paga

Drammatico evento il 5 Aprile 2003 in piena SARS

Mentre organizziamo la fuga precipitosa da YBJ il ‘core ‘ di uno
sciame > 1017 eV colpisce il tappeto danneggiando l’elettronica
di 196 RPC come risulta dall’analisi di alcune schede portate a
Tor Vergata. Grande sconforto, duro confronto con i cinesi alla
ICRC di Tsukuba.
La collaborazione non si perde d’animo, test a Tor Vergata e a
Roma3 . Ne risulta un RPC con elettronica irrobustita e
migliorata e con layout modificato per disaccoppiare
completamente le letture digitale e analogica. Un RPC che ha
funzionato in modo splendido sino alla chiusura del ‘data taking’
(Febbraio 2013)

2004 Ricomincia l’installazione. I dati parziali ci confortano sulla piena
funzionalità del rivelatore e ci consentono di mettere a punto molto software.
Ma continua una grande tensione con la comunità cinese

2006 Agosto un ‘ flare ‘ della Markarian 421 osservato da ARGO durante
   la fase di ‘ commissioning’ , grande soddisfazione nella collaborazione,
   ARGO può osservare fotoni di energia più bassa del TeV

2007 anno importante, viene installato il nuovo DAQ , ARGO può acquisire
3,5 kHz con tempo morto 4%, viene installato anche l’anello di RPC intorno
al tappeto  inizio ufficiale della presa dati (Novembre)

Mrk 421 - 2006 July-August (test data)

                   N PAD > 40
                                   Excess distribution

degrees   6 s.d.
                                                    Mrk 421

                                      Standard deviations
          obs. time  109 hours
             Flux  3-4 Crab

5 anni di presa dati con 86% di ‘duty cycle’ , più della metà del tempo
perso dovuto a interruzioni della potenza elettrica…ottimo risultato

Gli RPC hanno funzionato in modo eccellente ma con sofferenze alle
alte temperature nel periodo estivo , superate schermando i vetri del tetto
del laboratorio. Accumulato un grande ‘data base’ in cui efficienza e
risoluzione temporale degli RPC sono correlate con pressione,
temperatura e umidità

Rapporti con i cinesi spesso conflittuali su gestione rivelatore, analisi
dati e scrittura lavori. Ma si rendono conto della qualità dei dati e sono
molto attivi nell’analisi

2013 Febbraio, fine della presa dati. Collezionati circa 500 miliardi di eventi
di sciami, da sciami di sole 20 particelle sino a molte decine di migliaia .
Ampio spettro di fisica investigato ( gamma astronomia di sorgenti
puntiformi ed estese e diffuso dal piano galattico, sky survey dell’emisfero
Nord, spettro raggi cosmici dal TeV ai multi-PeV , modulazioni su media e
grande scala compreso l’effetto Compton-Getting, antiprotone/protone ad alta
energia, studio dell’ IMF, sezione d’urto totale protone-protone e molti lavori
di fenomenologia degli sciami ) (slide).

Molte pubblicazioni su ApJ, A.P. , Phys. Rev.D , NIM e altre riviste . La
misura della sezione d’urto è riportata e quotata dal PDG sulla loro Review.
Altre analisi sono in corso, la collaborazione si chiuderà ufficialmente alla
fine del 2014. L’esperienza di ARGO ha rafforzato la comunità cinese che ha
rilanciato con un mega-progetto ( LHAASO), chiedendo insistentemente la
nostra partecipazione.

Moon shadow analysis
                                                                           Angular resolution
     A tool to evaluate the detector performance
      Pointing accuracy
      Angular resolution
      Absolute energy calibration

          Npad > 100, 71 s.d.

                                                                           Energy calibration

PRD 84 (2011) 022003            The energy scale uncertainty is estimated to be smaller
PRD 85 (2012) 022002                 than 13% in the energy range 1 – 30 (TeV/Z).

G. Di Sciascio                      Vulcano Workshop 2012 - May 30, 2012                        23

Medium/S
                                       Cygnus Region
       mall Scale                                                        CRAB

       Anisotropy
   Data: November 8, 2007 - May 20, 2012
   ≈ 3.70×1011 events
                                             Galactic center
        dec. region δ ∼ -20◦÷ 80◦                              Galactic plane
Map smoothed with the detected PSF for CRs

   Proton median energy ≈ 1 TeV

  CRs excess ≈ 0.1 %
  with signifincance up to 15 s.d.

             PRD D 88 (2013) 082001

                                                                                24

ARGO è stata una avventura complessa e unica,
condita di molti ingredienti della vita: fatica,
delusioni, tensioni e momenti di grande soddisfazione
soprattutto ora che siamo riusciti a realizzare la fisica
che avevamo immaginato. Non avremmo mai
ottenuto questi risultati con un apparato tradizionale,
l’utilizzo dell ‘ RPC è stato fondamentale per
costruire questi 16.000 occhi che hanno scrutato il
cielo interrottamente per 5 anni.

Ritengo che questo debba essere grande motivo di
soddisfazione e orgoglio per Rinaldo e per i suoi
collaboratori.