Le attività del gruppo di Bologna si svolge prevalentemente nel gruppo della Fotoelettronica che ha il compito di realizzare i fotosensori, a partire dai SiPM quindi PDM ed infine PDU (v. qui). DarkSide-20k sarà composto da 8200 PDM e, per assicurare la totale affidabilità del sistema, ogni sua parte deve essere testata nelle condizioni operative.
Test schede di elettronica - LabVIEW e test in laboratorio criogenico
In questo contesto, il gruppo di Bologna è responsabile della definizione del protocollo e della realizzazione della piattaforma (hardware e software) di test delle schede di elettronica Front End Board (FEB).
La procedura è fortemente automatizzata e prevede una serie di misure elettriche, fatte in gruppi di 8 FEB: assorbimento di corrente, rumore elettronico e risposta in frequenza dei singoli canali della FEB. L'automatizzazione, la coordinazione dei diversi strumenti di misura e la raccolta dei risultati avvengono grazie ad un programma custom, realizzato su piattaforma LabVIEW. I dati sono memorizzati direttamente nel Database di costruzione e collaudo. La procedura è composta da una analisi preliminare a temperatura ambiente e una seconda fase in immersione in azoto liquido (77 K) per caratterizzare il funzionamento in condizioni simili a quelle di lavoro (Argon liquido, ~87 K).
Test di rivelatori SiPM
Il gruppo di Bologna si è inoltre in parte occupato di caratterizzare la nuova teconlogia di SiPM, NUV-HD-Cryo, realizzati per il progetto Darkside, in collaborazione con FBK. Questi rivelatori sono stati testati sia nei laboratori dell'Università di Princeton (New Jersey,U.S.A.) e presso i LNGS (L'Aquila, Italia) (sia a temperatura ambiente che criogeniche) sia parazialmente presso i laboratori INFN, Bologna. E' stata inoltre studiata la delicata connessione tra il sensore e la tile della PDM su cui andranno assemblati i 24 SiPM, compresa l'analisi della resistenza meccanica della tile una volta assemblati i 24 SiPMs.
Progettazione e Costruzione
La sezione di Bologna è inoltre fortemente coinvolta anche nella progettazione e costruzione di varie componenti che saranno utilizzate sia per i due prototipi di DarkSide (Proto-0 e Proto-1, v. qui) sia per il rivelatore finale, DarkSide-20k. In particolare, grazie ai servizi di Progettazione ed Officina Meccanica dell'INFN Bologna, siamo coinvolti nella realizzazione di alcune compontenti meccaniche delle PDU, come la struttura di supporto in rame radio puro (Motherboard) ed altri componenti meccanici.
Altre attività, in collaborazione con il Servizio di Elettronica, sono legate allo sviluppo, design e test di componenti (funzionanti a temperature criogeniche 87 K). In particolare Bologna ha contribuito alla progettazione e design delle Finger Strip, linee flessibili di alimentazione e trasmissione dei segnali per le PDU, e della scheda Receiver che è utilizzata per ricevere i segnali ottici dai foto rivelatori e trasformarli in segnali elettrici.
Assemblaggio e Test in camera pulita
Il gruppo di Bologna è uno dei centri di integrazione dei PDM e dei PDU che saranno utilizzati sia per i due prototipi di DarkSide (Proto-0 e Proto-1, v. qui) sia per il rivelatore finale, DarkSide-20k.
L'integrazione di questi foto sensori è effettuata in una camera pulita appositamente progettata ed infine installata nel 2019 in Sezione. In particolare l’attività consiste nell’assemblaggio dei Photo Detector Module (PDM) costituiti dalla tile di SiPM, la relativa scheda di front end, Front End Board (FEB) e dal supporto meccanico in materiale acrilico (Plastic Cage). Ciascuna PDM è poi soggetta a controllo al microscopio per evidenziare eventuali danni ai silici o ai contatti elettrici (Wire Bonding). Una volta assemblati, 25 PDM sono installati poi sulle Motherboard (le strutture di supporto in rame) così da ottenere la Photo Detection Unit (PDU). Al termine dell’assemblaggio si effettuano test di funzionalità a temperatura ambiente (come ad esempio curve I-V).
Acquisizione dati: Proto - 0 e passi successivi
Nel corso del 2019, è stato costruito il primo prototipo di Darkside-20k, DS-Proto-0 (v. qui) in vari centri di integrazione in Italia e successivamente testato presso i laboratori del CERN. I test sono avvenuti in due fasi differenti, validando separatamente le due PDU previste in Proto-0. Il gruppo di Bologna ha partecipato ad entrambe le fasi di tali test sia in fase di installazione che in fase di run. Lo scopo di tali test preliminari era quello di verificare la funzionalità delle prime due PDU prodotte, verificare le componenti meccaniche in un setup sperimentale e validare le procedure di montaggio. Alcuni risultati preliminari si possono trovare qui. I test sono stati utilizzati per lo sviluppo e l’ottimizzazione dei tool di acquisizione ed analisi dati. Altri test seguiranno nel 2020 per validare altre componenti elettroniche come il modulo che fornisce la tensione di Bias ai PDM (Steering Module) e in seguito anche i moduli per la trasmissione del segnale (optical transmitter e receiver).
I risultati di DS-Proto-0 saranno poi utili per la seconda fase prototipale, DS-Proto-1.
Database
Il gruppo è anche impegnato nella progettazione e implementazione del DataBase per la costruzione del rivelatore, in cui sono immagazzinate le informazioni di tutti i componenti che costituiranno i foto rivelatori dell’esperimento e i test effettuati.
Masterclass
Il gruppo di Bologna è inoltre coinvolto in attività di Outreach. In particolare, in collaborazione col Centro Fermi (Roma), ha realizzato la prima Masterclass del progetto DarkSide. L'idea delle Masterclass nasce dal progetto IPPOG, e vuole riunire studenti delle scuole superiori di nazionalità diverse per un giorno per rivelare il "mistero della fisica delle particelle", grazie a lezioni tenute dai ricercatori e ad attività realizzate appositamente per gli studenti. Alcuni video, tra cui Il principio di funzionamento della TPC, sono stati realizzati appositamente per la realizzazione della Masterclass di Darkside. Per i dettagli, si rimanda alla pagine ufficiale.