Estudo da produção de multijatos em colisões próton-próton com √s= 7 TeV no detector CMS/LHC

O Compact Muon Solenoid (CMS) é um dos principais detectores instalados no LHC que possibilita o estudo de diferentes aspectos da Física, indo do Modelo Padrão à matéria escura. Esse detector de propósito geral, foi construído para ser capaz de medir múons com uma grande precisão e todos os seus subdetectores foram construídos com uma alta granularidade, tornando possível identificar e caracterizar as propriedades cinemáticas das partículas finais da colisão. O algoritmo de reconstrução de eventos inclui a identificação de jatos, ou seja, é possível identificar a assinatura da produção de pártons na colisão e a medida de seções de choque da produção de muitos jatos é um dos métodos para se explorar as contribuições da Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics - QCD) perturbativa, permitindo avaliar as previsões implementadas nas simulações de eventos. Tendo em vista a caracterização de processos relacionados com a QCD em colisões de próton-próton a uma energia do centro de massa de 7 TeV, é apresentada a medida da seção de choque da produção inclusiva de multijatos no CMS. Para realizar essa medida foram utilizados dados reais coletados em 2010, onde não se apresentava muitas colisões por cruzamento de pacote, com uma luminosidade integrada de L = 2,869 pb-1 e utilizando jatos que estão em quase todo o espaço de fase acessível em pseudorapidez |n|≤ 4,8 e momentum transverso pT ≥ 30 GeV/ c2. Desse resultado foram removidos os efeitos de detecção comparado com predições simuladas.

Detection of particles with a cloud chamber

Cloud chambers were essential devices in early nuclear and particle physics research. Superseded by more modern detectors in actual research, they still remain very interesting pedagogical apparatus. This thesis attempts to give a global view on this topic. To do so, a review of the physical foundations of the diffusion cloud chamber, in which an alcohol is supersaturated by cooling it with a thermal reservoir, is carried out. Its main results are then applied to analyse the working conditions inside the chamber. The analysis remarks the importance of using an appropriate alcohol, such as isopropanol, as well as a strong cooling system, which for isopropanol needs to reach −40ºC. That theoretical study is complemented with experimental tests that were performed with what is the usual design of a home-made cloud chamber. An effective setup is established, which highlights details such as a grazing illumination, a direct contact with the cooling reservoir through a wide metal plate, or the importance of avoiding vapour removal. Apart from that, video results of different phenomena that cloud chamber allow to observe are also presented. Overall, it is aimed to present a physical insight that pedagogical papers usually lack.

Caracterização de um sistema digital de aquisição de imagens radiográficas utilizando nêutrons térmicos e raios gama para a inspeção de componentes mecânicos.

Ensaio não destrutivo é uma ferramenta essencial quando um equipamento, dispositivo ou componente não pode ser submetido a procedimentos destrutivos ou invasivos devido a razões de segurança, alto custo ou outras restrições físicas ou logísticas. Dentro deste quadro radiografias por transmissão com raios gama e nêutrons térmicos são técnicas singulares para inspecionar um objeto e desvendar sua estrutura interna devido à capacidade de atravessar uma vasta gama de materiais utilizados na indústria. Grosso modo, raios gama são mais atenuados por materiais pesados enquanto nêutrons térmicos são mais atenuados por materiais mais leves, tornando-as ferramentas complementares. Este trabalho apresenta os resultados obtidos na inspeção de vários componentes mecânicos, através da radiografia por transmissão com nêutrons térmicos e raios gama. O fluxo de nêutrons térmicos de 4,46x105 n.cm-2.s-1 disponível no canal principal do reator de pesquisa Argonauta do Instituto de Engenharia Nuclear foi usado como fonte para as imagens radiográficas com nêutrons. Raios dekeV emitidos pelo 198Au, também produzido no reator, foram usados como fonte de radiação para radiografias . Imaging Plates, especificamente produzidos para operar com nêutrons térmicos ou com raios X, foram empregados como detectores e dispositivos de armazenamento e captação de imagens para cada uma dessas radiações. Esses dispositivos exibem varias vantagens quando comparados ao filme radiográfico convencional. Com efeito, além de maior sensibilidade e serem reutilizáveis não são necessários câmaras escuras e processamento químico para a revelação. Em vez disso, ele é lido por um feixe de laser que libera elétrons armadilhados na rede cristalina durante a exposição à radiação, fornecendo uma imagem final digital. O desempenho de ambos os sistemas de aquisição de imagens, assim constituído, foi avaliado com respeito à sensibilidade, resolução espacial, linearidade e range dinâmico, incluído uma comparação com sistemas radiográficos com nêutrons empregando filmes e folhas de gadolínio como conversor de nêutrons em partículas carregadas. Além desta caracterização, diversos equipamentos e componentes foram radiografados com ambos os sistemas visando-se avaliar suas capacidades de desvendar a estrutura interna desses objetos e detectar estruturas e estados anormais. Dentro desta abordagem, uma neutrongrafia detectou a presença de material cerâmico remanescente empregado como molde no processo de fabricação nos canais de refrigeração de uma aleta do estator de uma turbina tipo turbo-fan, que deveria estar livre desse material. O reostato danificado de um sensor de pressão automotivo, foi identificado por neutrongrafia, embora nesse caso a radiografia também conseguiu realizar essa tarefa com melhor resolução, corroborando assim as curvas de resolução espacial obtidas na caracterização dos dois sistemas. A homogeneidade da distribuição do material encapsulado em uma gaxeta explosiva de chumbo utilizada na indústria aeroespacial foi igualmente verificada por neutrongrafia porque esse metal é relativamente transparente para nêutrons, mas suficientemente opaco para o explosivo rico em hidrogênio. Diversos outros instrumentos e componentes tais como variômetro, altímetro, bússola aeronáutica, injetor automotivo de combustível, foto-camera, disco rígido de computador, motor de passo, conectores eletrônicos e projéteis foram radiografados com ambos os sistemas visando avaliar suas habilidades em desvendar diferentes peculiaridades em função do agente interrogador.

Uso de detectores de dimensões variáveis aplicados na detecção de anomalias através de sistemas imunológicos artificiais.

O presente trabalho investiga um método de detecção de anomalias baseado em sistemas imunológicos artificiais, especificamente em uma técnica de reconhecimento próprio/não-próprio chamada algoritmo de seleção negativa (NSA). Foi utilizado um esquema de representação baseado em hiperesferas com centros e raios variáveis e um modelo capaz de gerar detectores, com esta representação, de forma eficiente. Tal modelo utiliza algoritmos genéticos onde cada gene do cromossomo contém um índice para um ponto de uma distribuição quasi-aleatória que servirá como centro do detector e uma função decodificadora responsável por determinar os raios apropriados. A aptidão do cromossomo é dada por uma estimativa do volume coberto através uma integral de Monte Carlo. Este algoritmo teve seu desempenho verificado em diferentes dimensões e suas limitações levantadas. Com isso, pode-se focar as melhorias no algoritmo, feitas através da implementação de operadores genéticos mais adequados para a representação utilizada, de técnicas de redução do número de pontos do conjunto próprio e de um método de pré-processamento baseado em bitmaps de séries temporais. Avaliações com dados sintéticos e experimentos com dados reais demonstram o bom desempenho do algoritmo proposto e a diminuição do tempo de execução.

Separação cega de sinais de fala utilizando detectores de voz.

Neste trabalho contemplamos o emprego de detectores de voz como uma etapa de pré- processamento de uma técnica de separação cega de sinais implementada no domínio do tempo, que emprega estatísticas de segunda ordem para a separação de misturas convolutivas e determinadas. Seu algoritmo foi adaptado para realizar a separação tanto em banda cheia quanto em sub-bandas, considerando a presença e a ausência de instantes de silêncio em misturas de sinais de voz. A ideia principal consiste em detectar trechos das misturas que contenham atividade de voz, evitando que o algoritmo de separação seja acionado na ausência de voz, promovendo ganho de desempenho e redução do custo computacional.

Seabed classification for trawlability determined with a multibeam echo sounder on Snakehead Bank in the Gulf of Alaska

Rockfishes (Sebastes spp.) tend to aggregate near rocky, cobble, or generally rugged areas that are difficult to survey with bottom trawls, and evidence indicates that assemblages of rockfish species may differ between areas accessible to trawling and those areas that are not. Consequently, it is important to determine grounds that are trawlable or untrawlable so that the areas where trawl survey results should be applied are accurately identified. To this end, we used multibeam echosounder data to generate metrics that describe the seafloor: backscatter strength at normal and oblique incidence angles, the variation of the angle-dependent backscatter strength within 10° of normal incidence, the scintillation of the acoustic intensity scattered from the seafloor, and the seafloor rugosity. We used these metrics to develop a binary classification scheme to estimate where the seafloor is expected to be trawlable. The multibeam echosounder data were verified through analyses of video and still images collected with a stereo drop camera and a remotely operated vehicle in a study at Snakehead Bank, ~100 km south of Kodiak Island in the Gulf of Alaska. Comparisons of different combinations of metrics derived from the multibeam data indicated that the oblique-incidence backscatter strength was the most accurate estimator of trawlability at Snakehead Bank and that the addition of other metrics provided only marginal improvements. If successful on a wider scale in the Gulf of Alaska, this acoustic remote-sensing technique, or a similar one, could help improve the accuracy of rockfish stock assessments.

PARTIALLY COHERENT DYNAMIC PROGRAMMING ALGORITHM FOR CPM DETECTION.

A dynamic programming algorithm for joint data detection and carrier phase estimation of continuous-phase-modulated signal is presented. The intent is to combine the robustness of noncoherent detectors with the superior performance of coherent ones. The algorithm differs from the Viterbi algorithm only in the metric that it maximizes over the possible transmitted data sequences. This metric is influenced both by the correlation with the received signal and the current estimate of the carrier phase. Carrier-phase estimation is based on decision guiding, but there is no external phase-locked loop. Instead, the phase of the best complex correlation with the received signal over the last few signaling intervals is used. The algorithm is slightly more complex than the coherent Viterbi algorithm but does not require narrowband filtering of the recovered carrier, as earlier appproaches did, to achieve the same level of performance.

SOI diode temperature sensor operated at ultra high temperatures-a critical analysis

This paper investigates the performance of diode temperature sensors when operated at ultra high temperatures (above 250°C). A low leakage Silicon On Insulator (SOI) diode was designed and fabricated in a 1 μm CMOS process and suspended within a dielectric membrane for efficient thermal insulation. The diode can be used for accurate temperature monitoring in a variety of sensors such as microcalorimeters, IR detectors, or thermal flow sensors. A CMOS compatible micro-heater was integrated with the diode for local heating. It was found that the diode forward voltage exhibited a linear dependence on temperature as long as the reverse saturation current remained below the forward driving current. We have proven experimentally that the maximum temperature can be as high as 550°C. Long term continuous operation at high temperatures (400°C) showed good stability of the voltage drop. Furthermore, we carried out a detailed theoretical analysis to determine the maximum operating temperature and exlain the presence of nonlinearity factors at ultra high temperatures. © 2008 IEEE.

An evaluation of volumetric interest points

This paper presents the first performance evaluation of interest points on scalar volumetric data. Such data encodes 3D shape, a fundamental property of objects. The use of another such property, texture (i.e. 2D surface colouration), or appearance, for object detection, recognition and registration has been well studied; 3D shape less so. However, the increasing prevalence of depth sensors and the diminishing returns to be had from appearance alone have seen a surge in shape-based methods. In this work we investigate the performance of several detectors of interest points in volumetric data, in terms of repeatability, number and nature of interest points. Such methods form the first step in many shape-based applications. Our detailed comparison, with both quantitative and qualitative measures on synthetic and real 3D data, both point-based and volumetric, aids readers in selecting a method suitable for their application. © 2011 IEEE.

Outage probability of the gaussian MIMO free-space optical channel with PPM

Atmospheric effects can significantly degrade the reliability of free-space optical communications. One such effect is scintillation, caused by atmospheric turbulence, refers to random fluctuations in the irradiance and phase of the received laser beam. In this paper we inv stigate the use of multiple lasers and multiple apertures to mitigate scintillation. Since the scintillation process is slow, we adopt a block fading channel model and study the outage probability under the assumptions of orthogonal pulse-position modulation and non-ideal photodetection. Assuming perfect receiver channel state information (CSI), we derive the signal-to-noise ratio (SNR) exponents for the cases when the scintillation is lognormal, exponential and gammagamma distributed, which cover a wide range of atmospheric turbulence conditions. Furthermore, when CSI is also available at the transmitter, we illustrate very large gains in SNR are possible (in some cases larger than 15 dB) by adapting the transmitted power. Under a long-term power constraint, we outline fundamental design criteria via a simple expression that relates the required number of lasers and apertures for a given code rate and number of codeword blocks to completely remove system outages. Copyright © 2009 IEEE.

Accelerator-induced transients in Accelerator Driven Subcritical Reactors

Achieving higher particles energies and beam powers have long been the main focus of research in accelerator technology. Since Accelerator Driven Subcritical Reactors (ADSRs) have become the subject of increasing interest, accelerator reliability and modes of operation have become important matters that require further research and development in order to accommodate the engineering and economic needs of ADSRs. This paper focuses on neutronic and thermo-mechanical analyses of accelerator-induced transients in an ADSR. Such transients fall into three main categories: beam interruptions (trips), pulsed-beam operation, and beam overpower. The concept of a multiple-target ADSR is shown to increase system reliability and to mitigate the negative effects of beam interruptions, such as thermal cyclic fatigue in the fuel cladding and the huge financial cost of total power loss. This work also demonstrates the effectiveness of the temperature-to-reactivity feedback mechanisms in ADSRs. A comparison of shutdown mechanisms using control rods and beam cut-off highlights the intrinsic safety features of ADSRs. It is evident that the presence of control rods is crucial in an industrial-scale ADSR. This paper also proposes a method to monitor core reactivity online using the repetitive pattern of beam current fluctuations in a pulsed-beam operation mode. Results were produced using PTS-ADS, a computer code developed specifically to study the dynamic neutronic and thermal responses to beam transients in subcritical reactor systems. © 2012 Elsevier B.V.

Photovoltaic measurements in carbon nanotube - Amorphous silicon core/shell nanowire

Carbon nanotube is one of the promising materials for exploring new concepts in solar energy conversion and photon detection. Here, we report the first experimental realization of a single core/shell nanowire photovoltaic device (2-4μm) based on carbon nanotube and amorphous silicon. Specifically, a multi-walled carbon nanotube (MWNTs) was utilized as the metallic core, on which n-type and intrinsic amorphous silicon layers were coated. A Schottky junction was formed by sputtering a transparent conducting indium-tin-oxide layer to wrap the outer shell of the device. The single coaxial nanowire device showed typical diode ratifying properties with turn-on voltage around 1V and a rectification ratio of 104 when biased at ±2V. Under illumination, it gave an open circuit voltage of ∼0.26V. Our study has shown a simple and useful platform for gaining insight into nanowire charge transport and collection properties. Fundamental studies of such nanowire device are important for improving the efficiency of future nanowire solar cells or photo detectors. © 2012 IEEE.