Física Experimental de Altas Energias (edital UNIVERSAL 2007)

A física experimental de altas energias encontra-se em um momento de grande atividade e de transição com o próximo término de operação do TEVATRON e o advento do LHC. Simultaneamente novas experiências com raios cósmicos e experimentos com neutrinos expandem ainda mais as possibilidades de pesquisa. Todas as áreas em questão apresentam uma grande gama de atividades em hardware, software, tomada e análise de dados em diversos níveis. A execução de um experimento envolve a ação de vários especialistas e implica o desenvolvimento de tecnologia e métodos de análise originais. É fundamental a participação em estudos e desenvolvimento de detectores e seus sistemas associados. Neste contexto, estamos envolvidos em um experimento de neutrino de aceleradores e no em estudos de dispositivos sensores a luz que encontram emprego não apenas em experimentos de fica de altas energias, mas em diversos outros setores de atividade científica e tecnológica. O campo de oscilações de neutrinos avançou da observação, há algumas décadas, de anomalias em raios cósmicos e neutrinos solares para testes poderosos destas anomalias (dados do Sudbury Neutrino Observatory e dados sobre a distribuição angular de neutrinos atmosféricos ) e a confirmação, mais recente, da hipótese de oscilação (Kamland e K2K ). O próximo passo consiste em medir, com precisão, a separação de massa e o ângulo de mistura, já observados e procurar por outros termos não nulos na matriz de mistura dos neutrinos. A disponibilidade de feixes de neutrinos de grande intensidade, como o NuMI do FERMILAB, torna possível o estudo detalhado e com grande estatística da física de neutrinos, permitindo que várias questões possam ser respondidas. Entre as questões abertas concernentes a neutrinos, destaco aqui: · Quais são as massas dos neutrinos? · Qual o padrão de mistura entre os diferentes tipos de neutrinos? · São os neutrinos suas próprias anti-partículas? · Neutrinos violam a simetria de CP? · Existem neutrinos ?estéreis?? · Os neutrinos têm propriedades inesperadas ou exóticas? · O que os neutrinos podem nos dizer sobre os modelos de nova física além do Modelo Padrão? A resposta a várias destas perguntas requer o conhecimento de como os neutrinos interagem com a matéria. O conhecimento das interações dos neutrinos e das secções de choque de produção é, também, necessário para o entendimento da física de oscilações dos neutrinos. O experimento Minerva com seu detector altamente segmentado e com alvo múltiplo (Fé, C e Pb) e feixe de neutrino de alta intensidade acumulará uma elevada estatística de eventos em interações neutrino-A. A detecção de fótons individuais com boa resolução temporal e alta eficiência quântica tem sido, por várias décadas, um problema formidável no desenvolvimento de detectores de estado sólido. O VLPC (Visible Light Photon Counter) é um dispositivo quase ideal para detectar fótons individuais com excelente resolução temporal, alta eficiência quântica e alto ganho. Quando associados a fibras cintilantes, o VLPC pode ser usado, por exemplo, no rastreamento de partículas carregadas em física de altas energias, óptica quântica, medicina de imagem e outras aplicações com raios gama. Na parte de detectores e dispositivos, planejamos realizar as seguintes atividades envolvendo VLPC: 1. Modelação, caracterização e comparação do desempenho de distintas gerações de VLPC. 2. Determinação da eficiência de detecção empregando VLPC comparado a sistema com PMT. 3. Estudo do emprego de sistema com VLPC em em experimentos de neutrinos. 4. Desenvolvimento de circuitos amplificadores eletrônicos com baixo nível de ruído para uso em associação com VLPC.