Results of the ageing campaign of the photomultiplier Hamamatsu R760

Il guadagno di un PMT è il fattore di amplificazione tra la corrente generata dal fotocatodo e quella finale dell’anodo. Quando un PMT è soggetto a una sorgente luminosa per lunghi periodi di tempo (processo noto come "invecchiamento"), il suo guadagno tende a diminuire. In questa tesi sono riportati i risultati della campagna di invecchiamento di un fotomoltiplicatore Hamamatsu R760. In particolare, è stato studiato come variasse il guadagno in funzione della carica integrata dal PMT tramite due principali tipi di misure: quella del guadagno assoluto, che consiste in singole misure di guadagno nella condizione di emissione di un singolo fotoelettrone alla volta, e quelle di guadagno relativo, le quali hanno permesso di studiare la dipendenza tra guadagno e voltaggio applicato al PMT. Il PMT in esame è stato fatto invecchiare fino a una carica integrata totale pari a 342 C. Una volta raggiunti i 282 C, è stato spento per 20 giorni, in modo da studiare l’eventuale capacità di recuperare guadagno durante i periodi di inattività. É stata osservata una rapida decrescita del guadagno nei primi 40 C integrati, com- inciando da 7.79 · 10^6 fino a un valore pari a 1.68 · 10^6, seguita da oscillazioni minori attorno a una decrescita lineare media. Dopo il periodo di inattività non è stato rilevato alcun recupero significativo di guadagno. Il guadagno del PMT dipende dal voltaggio applicato tramite una legge a potenza, i cui parametri sono stati misurati. In particolare, gli esponenti di tale relazione sono stati soggetti a una decrescita rapida iniziale (nei primi 40 C di carica integrata), seguita da una stabilizzazione. Inoltre, sono stati ricavati i valori di tensione da applicare al PMT per mantenere il guadagno a un valore costante di 1.5 · 10^5 in funzione della carica integrata. Questo valore è stato scelto come punto di lavoro per il rivelatore PLUME installato nell’esperimento LHCb, che utilizzerà questo tipo di PMT per la sua campagna di misure.

PLUME preliminary study and first Van der Meer scan data analysis

Il rilevatore Probe for LUminosity MEasurement (PLUME) è un luminometro per l’esperimento LHCb al CERN. Fornirà misurazioni istantanee della luminosità per LHCb durante la Run 3 a LHC. L’obiettivo di questa tesi è di valutare, con dati simulati, le prestazioni attese di PLUME, come l’occupanza dei PMT che compongono il rivelatore, e riportare l’analisi dei primi dati ottenuti da PLUME durante uno scan di Van der Meer. In particolare, sono state ottenuti tre misure del valore della sezione d’urto, necessarie per tarare il rivelatore, ovvero σ1Da = (1.14 ± 0.11) mb, σ1Db = (1.13 ± 0.10) mb, σ2D = (1.20 ± 0.02) mb, dove i pedici 1D e 2D corrispondono a uno scan di Van der Meer unidimensionale e bidimensionale. Tutti i risultati sono in accordo tra loro.

Disentangling in vivo the effects of iron content and atrophy on the ageing human brain.

Evidence from magnetic resonance imaging (MRI) studies shows that healthy aging is associated with profound changes in cortical and subcortical brain structures. The reliable delineation of cortex and basal ganglia using automated computational anatomy methods based on T1-weighted images remains challenging, which results in controversies in the literature. In this study we use quantitative MRI (qMRI) to gain an insight into the microstructural mechanisms underlying tissue ageing and look for potential interactions between ageing and brain tissue properties to assess their impact on automated tissue classification. To this end we acquired maps of longitudinal relaxation rate R1, effective transverse relaxation rate R2* and magnetization transfer - MT, from healthy subjects (n=96, aged 21-88 years) using a well-established multi-parameter mapping qMRI protocol. Within the framework of voxel-based quantification we find higher grey matter volume in basal ganglia, cerebellar dentate and prefrontal cortex when tissue classification is based on MT maps compared with T1 maps. These discrepancies between grey matter volume estimates can be attributed to R2* - a surrogate marker of iron concentration, and further modulation by an interaction between R2* and age, both in cortical and subcortical areas. We interpret our findings as direct evidence for the impact of ageing-related brain tissue property changes on automated tissue classification of brain structures using SPM12. Computational anatomy studies of ageing and neurodegeneration should acknowledge these effects, particularly when inferring about underlying pathophysiology from regional cortex and basal ganglia volume changes.

Zinco, invecchiamento e sistema immunitario: effetti sull'apoptosi e sulla proliferazione dei linfociti

Immunosenescence is characterized by a complex remodelling of the immune system, mainly driven by lifelong antigenic burden. Cells of the immune system are constantly exposed to a variety of stressors capable of inducing apoptosis, including antigens and reactive oxygen species continuously produced during immune response and metabolic pathways. The overall homeostasis of the immune system is based on the balance between antigenic load, oxidative stress, and apoptotic processes on one side, and the regenerative potential and renewal of the immune system on the other. Zinc is an essential trace element playing a central role on the immune function, being involved in many cellular processes, such as cell death and proliferation, as cofactor of enzymes, nuclear factors and hormones. In this context, the age associated changes in the immune system may be in part due to zinc deficiency, often observed in aged subjects and able to induce impairment of several immune functions. Thus, the aim of this work was to investigate the role of zinc in two essential events for immunity during aging, i.e. apoptosis and cell proliferation. Spontaneous and oxidative stress-induced apoptosis were evaluated by flow cytometry in presence of a physiological concentration of zinc in vitro on peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) obtained from healthy subjects of different age: a group of young subjects, a group of old subjects and a group of nonagenarians. In addition, cell cycle phases were analyzed by flow cytometry in PBMCs, obtained from the subjects of the same groups in presence of different concentration of zinc. We also analyzed the influence of zinc in these processes in relation to p53 codon 72 polymorphism, known to affect apoptosis and cell cycle in age-dependent manner. Zinc significantly reduces spontaneous apoptosis in all age-groups; while it significantly increases oxidative stress-induced late apoptosis/necrosis in old and nonagenarians subjects. Some factors involved in the apoptotic pathway were studied and a zinc effect on mitochondrial membrane depolarization, cytochrome C release, caspase-3 activation, PARP cleavage and Bcl-2 expression was found. In conclusion, zinc inhibits spontaneous apoptosis in PBMCs contrasting the harmful effects due to the cellular culture conditions. On the other hand, zinc is able to increase toxicity and induce cell death in PBMCs from aged subjects when cells are exposed to stressing agents that compromise antioxidant cellular systems. Concerning the relationship between the susceptibility to apoptosis and p53 codon 72 genotype, zinc seems to affect apoptosis only in PBMCs from Pro- people suggesting a role of this ion in strengthening the mechanism responsible of the higher propensity of Pro- towards apoptosis. Regarding cell cycle, high doses of zinc could have a role in the progression of cells from G1 to S phase and from S to G2/M phase. These effect seems depend on the age of the donor but seems to be unrelated to p53 codon 72 genotype. In order to investigate the effect of an in vivo zinc supplementation on apoptosis and cell cycle, PBMCs from a group of aged subjects were studied before and after six weeks of oral zinc supplementation. Zinc supplementation reduces spontaneous apoptosis and it strongly reduces oxidative stress-induced apoptosis. On the contrary, no effect of zinc was observed on cell cycle. Therefore, it’s clear that in vitro and in vivo zinc supplementation have different effects on apoptosis and cell cycle in PBMCs from aged subjects. Further experiments and clinical trials are necessary to clarify the real effect of an in vivo zinc supplementation because this preliminary data could encourage the of this element in all that disease with oxidative stress pathogenesis. Moreover, the expression of metallothioneins (MTs), proteins well known for their zinc-binding ability and involved in many cellular processes, i.e. apoptosis, metal ions detoxification, oxidative stress, differentiation, was evaluated in total lymphocytes, in CD4+ and in CD8+ T lymphocytes from young and old healthy subjects in presence of different concentration of zinc in vitro. Literature data reported that during ageing the levels of these proteins increase and concomitantly they lose the ability to release zinc. This fact induce a down-regulation of many biological functions related to zinc, such as metabolism, gene expression and signal transduction. Therefore, these proteins may turn from protective in young-adult age to harmful agents for the immune function in ageing following the concept that several genes/proteins that increase fitness early in life may have negative effects later in life: named “Antagonistic Pleyotropy Theory of Ageing”. Data obtained in this work indicate an higher and faster expression of MTs with lower doses of zinc in total lymphocytes, in CD4+ and in CD8+ T lymphocytes from old subjects supporting the antagonistic pleiotropic role of these proteins.

Caratterizzazione e calibrazione dei fotomoltiplicatori del sistema di veto di muoni per l'esperimento xenon1t

Alcune osservazioni sperimentali portano ad affermare che la maggior parte della massa dell'universo è costituita da un tipo di materia definita oscura, cioè materia che interagisce solo gravitazionalmente e debolmente. I candidati più promettenti sono tipicamente identificati con le WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). L'esperimento XENON1T per la rivelazione di materia oscura, in fase di costruzione nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, sfrutta uno spessore di 1.4 km di roccia schermante. Il rivelatore è una Time Projection Chamber contenente circa 2 tonnellate di xeno e avrà sensibilità per sezioni d’urto WIMP-nucleo spin-indipendent pari a circa 2x10-47 cm2 (per WIMP di massa 50 GeV/c2), due ordini di grandezza al di sotto degli attuali limiti. Per raggiungere tale sensibilità la TPC sarà inserita in una tank cilindrica riempita di acqua ultrapura, che fungerà sia da schermo passivo contro la radiazione esterna (gamma e neutroni di bassa energia), sia da veto per i muoni cosmici. I muoni possono infatti produrre neutroni di energia tale da raggiungere la TPC e simulare segnali tipici delle WIMP. Essi sono identificati per via della radiazione Cherenkov, emessa in seguito al loro passaggio in acqua, rivelata per mezzo di 84 fotomoltiplicatori (PMT) 8'' Hamamatsu R5912ASSY HQE. Lo studio delle prestazioni e delle caratteristiche dei PMT utilizzati nel sistema di veto di muoni sono lo scopo di questo lavoro di tesi. In particolare è stato preparato un opportuno setup per i test dei fotomoltiplicatori e sono state effettuate misure di guadagno, dark rate ed afterpulse. In una prima fase sono stati testati in aria 50 PMT presso la Sezione INFN di Bologna, nel periodo compreso tra Novembre 2012 e Marzo 2013 ed in una seconda fase sono stati testati in acqua 90 PMT presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, nel periodo compreso tra Aprile e Settembre 2013.

Caratterizzazione di un rivelatore MCP-PMT per misure di risoluzione temporale e spaziale.

Questa tesi descrive una prima serie di misure effettuate per caratterizzare le prestazioni di un rivelatore di fotoni MCP-PMT a multi anodo, con particolare enfasi sulla risoluzione temporale e spaziale. I risultati sono stati confrontati con quelli relativi a tre ulteriori rivelatori (un MCP-PMT a singolo anodo e due fotomoltiplicatori a silicio). Le misure sono state effettuate presso i Laboratori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN - Sezione di Bologna) per conto del Dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna. La rivelazione della luce ha sempre occupato un posto fondamentale nella Fisica Nucleare e Subnucleare. Il principio base della rivelazione consiste nel trasformare la luce incidente in un segnale elettrico misurabile e i primi strumenti storicamente utilizzati furono i fotomoltiplicatori. Successivamente furono introdotti dei nuovi rivelatori di fotoni chiamati Micro Channel Plates, composti da un array di canali di dimensioni microscopiche, ciascuno in grado di moltiplicare gli elettroni prodotti per effetto fotoelettrico dai fotoni incidenti. Questo nuovo modello presenta ottime prestazioni in particolare per quanto riguarda la risoluzione temporale, e questa insieme ad altre caratteristiche (come la segmentazione degli anodi, che permette una risoluzione spaziale migliore), ha spinto a studiarne il funzionamento.

Studi sul guadagno dei fotomoltiplicatori per il luminometro LUCID dell'esperimento ATLAS a LHC

Dall'inizio del 2013 il Large Hadron Collider (LHC) non produce dati (fase di shut down) per effettuare operazioni di consolidamento e manutenzione. Nella primavera del 2015 ritornerà in funzione con energia e luminosità maggiori. La fase di shut down è sfruttata anche per migliorare le prestazioni dei vari rivelatori che operano in LHC, così che possano acquisire dati in modo efficiente alla riaccensione. Per quanto riguarda il monitor di luminosità LUCID, che fa parte dell'esperimento ATLAS, sono stati sostituiti i rivelatori principali (i fotomoltiplicatori) e l'elettronica. Numerosi considerazioni rispetto alla durata dei nuovi sensori nell'ambiente di LHC tra il 2015 e il 2018, nonché sulla misura della luminosità durante il run II, hanno portato alla conclusione che i nuovi PMT dovranno operare ad un guadagno di math 10^5. E' stato dunque necessario, una volta identificati ed acquistati i nuovi sensori, qualificarne il funzionamento individuale e determinare la tensione di lavoro corrispondente al guadagno desiderato. La prima parte di tali misure, effettuate interamente a Bologna, riguarda la misura della corrente di buio e l'andamento della dipendenza del guadagno dei PMT dalla tensione applicata. La seconda parte riguarda invece lo studio di diversi metodi per le misure del guadagno assoluto, e la loro applicabilità durante la fase di funzionamento di LHC. Durante la presa dati, infatti, sarà essenziale essere in grado di monitorare continuamente il guadagno di ciascun sensore al fine di mantenerlo costante. Le misure di guadagno assoluto presentate in questa tesi sono state effettuate in parte a Bologna, sfruttando il metodo del singolo fotoelettrone, e in parte presso il CERN, utilizzando una sorgente radioattiva, il Bismuto 207.

Elaborazione di un programma di acquisizioni dati e studio di fotomoltiplicatori al silicio per l'esperimento XENON

Le numerose osservazioni compiute a partire dagli anni `30 confermano che circa il 26% dell'Universo è costituito da materia oscura. Tale materia ha la particolarità di interagire solo gravitazionalmente e debolmente: essa si presenta massiva e neutra. Tra le numerose ipotesi avanzate riguardanti la natura della materia oscura una delle più accreditate è quella delle WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Il progetto all'avanguardia nella ricerca diretta delle WIMP è XENON presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Tale esperimento è basato sulla diffusione elastica delle particelle ricercate su nuclei di Xeno: il rivelatore utilizzato è una TPC a doppia fase (liquido-gas). La rivelazione diretta di materia oscura prevede l'impiego di un rivelatore molto grande a causa della piccola probabilità di interazione e di ambienti a bassa radioattività naturale, per ridurre al minimo il rumore di fondo. Nell'ottica di migliorare la sensibilità del rivelatore diminuendo l'energia di soglia sono in fase di ricerca e sviluppo soluzioni alternative a quelle adottate attualmente. Una di tali soluzioni prevede l'utilizzo di fotorivelatori di tipo SiPM da affiancare ai normali PMT in uso. I fotorivelatori al silicio devono lavorare ad una temperatura di (circa 170 K) e devono rivelare fotoni di lunghezza d'onda di circa 175 nm. Il presente lavoro di tesi si colloca nell'ambito di tale progetto di ricerca e sviluppo. Lo scopo di tale lavoro è stato la scrittura di un programma DAQ in ambiente LabVIEW per acquisire dati per caratterizzare in aria fotorivelatori di tipo SiPM. In seguito con tale programma sono state effettuate misure preliminari di pedestallo da cui è stato possibile determinare l'andamento di guadagno e di dark rate al variare della tensione di alimentazione del SiPM. L'analisi dati è stata effettuata impiegando un programma scritto in C++ in grado di analizzare le forme d'onda acquisite dal programma LabVIEW.

Association Between Parity, Pre-pregnancy Body Mass Index And Gestational Weight Gain.

To analyze the relationship between parity, pre-pregnancy body mass index (BMI), and gestational weight gain (GWG). This observational controlled study was conducted from November 2013 to April 2014, with postpartum women who started antenatal care up to 14 weeks and had full-term births. Data were collected from medical records and antenatal cards. Descriptive and bivariate analyses were performed. The significance level was 5%. Data were collected from 130 primiparous and 160 multiparous women. At the beginning of prenatal care, 54.62% of the primiparous were eutrophic, while the majority of multiparous were overweight or obese (62.51%). Multiparas are two times more likely to be obese at the beginning of their pregnancies, when compared to primiparas. The average pre-pregnancy weight and final pregnancy weight was significantly higher in multiparous, however, the mean GWG was higher among primiparous. We found an inverse correlation between parity and the total GWG, but initial BMI was significantly higher in multiparas. Nevertheless, monitoring of the GWG through actions that promote a healthier lifestyle is needed, regardless of parity and nutritional status, in order to prevent excessive GWG and postpartum weight retention and consequently inadequate pre-pregnancy nutritional status in future pregnancies.

Effect of ageing and immersion in different beverages on properties of denture lining materials

OBJECTIVES: To evaluate the color stability and hardness of two denture liners obtained by direct and indirect techniques, after thermal cycling and immersion in beverages that can cause staining of teeth. MATERIAL AND METHODS: Seventy disc-shaped specimens (18 x 3 mm) processed by direct (DT) and indirect techniques (IT) were made from Elite soft (n=35) and Kooliner (n=35) denture liners. For each material and technique, 10 specimens were subjected to thermal cycling (3,000 cycles) and 25 specimens were stored in water, coffee, tea, soda and red wine for 36 days. The values of color change, Shore A hardness (Elite soft) and Knoop hardness (Kooliner) were obtained. The data were subjected to ANOVA, Tukey's multiple-comparison test, and Kruskal-Wallis test (P<0.05). RESULTS: The thermal cycling promoted a decrease on hardness of Kooliner regardless of the technique used (Initial: 9.09± 1.61; Thermal cycling: 7.77± 1.47) and promoted an increase in the hardness in the DT for Elite Soft (Initial: 40.63± 1.07; Thermal cycling: 43.53± 1.03); hardness of Kooliner (DT: 8.76± 0.95; IT: 7.70± 1.62) and Elite Soft (DT: 42.75± 1.54; IT=39.30± 2.31) from the DT suffered an increase after the immersion in the beverages. The thermal cycling promoted color change only for Kooliner in the IT. Immersion in the beverages did not promote color change for Elite in both techniques. The control group of the DT of Kooliner showed a significant color change. Wine and coffee produced the greatest color change in the DT only for Elite Soft when compared to the other beverages. CONCLUSION: The three variation factors promoted alteration on hardness and color of the tested denture lining materials.

Ratio of weight to height gain: a useful tool for identifying children at risk of becoming overweight or obese at preschool age

PURPOSE: To analyze the usefulness of the weight gain/height gain ratio from birth to two and three years of age as a predictive risk indicator of excess weight at preschool age. METHODS: The weight and height/length of 409 preschool children at daycare centers were measured according to internationally recommended rules. The weight values and body mass indices of the children were transformed into a z-score per the standard method described by the World Health Organization. The Pearson correlation coefficients (rP) and the linear regressions between the anthropometric parameters and the body mass index z-scores of preschool children were statistically analyzed (alpha = 0.05). RESULTS: The mean age of the study population was 3.2 years (± 0.3 years). The prevalence of excess weight was 28.8%, and the prevalence of overweight and obesity was 8.8%. The correlation coefficients between the body mass index z-scores of the preschool children and the birth weights or body mass indices at birth were low (0.09 and 0.10, respectively). There was a high correlation coefficient (rP = 0.79) between the mean monthly gain of weight and the body mass index z-score of preschool children. A higher coefficient (rP = 0.93) was observed between the ratio of the mean weight gain per height gain (g/cm) and the preschool children body mass index z-score. The coefficients and their differences were statistically significant. CONCLUSION: Regardless of weight or length at birth, the mean ratio between the weight gain per g/cm of height growth from birth presented a strong correlation with the body mass index of preschool children. These results suggest that this ratio may be a good indicator of the risk of excess weight and obesity in preschool-aged children.

Subclinical hyperthyroidism and dementia: the Sao Paulo Ageing & Health Study (SPAH)

Background: Several epidemiologic studies have shown a possible association between thyroid function and cognitive decline. Our aim was to evaluate the association of subclinical hyperthyroidism and dementia in a population sample of older people Methods: A cross-sectional study - Sao Paulo Ageing & Health Study (SPAH) - in a population sample of low-income elderly people >= 65 years-old to evaluate presence of subclinical thyroid disease as a risk factor for dementia. Thyroid function was assessed using thyrotropic hormone and free-thyroxine as well as routine use of thyroid hormones or antithyroid medications. Cases of dementia were assessed using a harmonized one-phase dementia diagnostic procedure by the ""10/66 Dementia Research Group"" including Alzheimer's disease and vascular dementia. Logistic regression models were used to test a possible association between subclinical hyperthyroidism and dementia. Results and discussion: Prevalence of dementia and of subclinical hyperthyroidism were respectively of 4.4% and 3.0%. After age adjustment, we found an association of subclinical hyperthyroidism and any type of dementia and vascular dementia (Odds Ratio, 4.1, 95% Confidence Interval [95% CI] 1.3-13.1, and 5.3 95% CI, 1.1-26.4; respectively). Analyzing data by gender, we found an association of subclinical hyperthyroidism with dementia and Alzheimer's disease only for men (OR, 8.0; 95% CI, 1.5-43.4; OR, 12.4; 95% CI, 1.2-128.4; respectively). No women with subclinical hypothyroidism presented Alzheimer's disease in the sample. Conclusion: The results suggest a consistent association among people with subclinical hyperthyroidism and dementia.

Searching supersymmetry at the LHCb with displaced vertices

Supersymmetric theories with bilinear R-parity violation can give rise to the observed neutrino masses and mixings. One important feature of such models is that the lightest supersymmetric particle might have a sufficiently large lifetime to produce detached vertices. Working in the framework of supergravity models, we analyze the potential of the LHCb experiment to search for supersymmetric models exhibiting bilinear R-parity violation. We show that the LHCb experiment can probe a large fraction of the m(0)circle times m(1/2), being able to explore gluino masses up to 1.3 TeV. The LHCb discover potential for these kinds of models is similar to the ATLAS and CMS ones in the low luminosity phase of operation of the LHC.

Energy gain induced by boundary crisis

We consider a nonlinear system and show the unexpected and surprising result that, even for high dissipation, the mean energy of a particle can attain higher values than when there is no dissipation in the system. We reconsider the time-dependent annular billiard in the presence of inelastic collisions with the boundaries. For some magnitudes of dissipation, we observe the phenomenon of boundary crisis, which drives the particles to an asymptotic attractive fixed point located at a value of energy that is higher than the mean energy of the nondissipative case and so much higher than the mean energy just before the crisis. We should emphasize that the unexpected results presented here reveal the importance of a nonlinear dynamics analysis to explain the paradoxical strategy of introducing dissipation in the system in order to gain energy.

Dissipation as a mechanism of energy gain

Some properties of the annular billiard under the presence of weak dissipation are studied. We show, in a dissipative system, that the average energy of a particle acquires higher values than its average energy of the conservative case. The creation of attractors, associated with a chaotic dynamics in the conservative regime, both in appropriated regions of the phase space, constitute a generic mechanism to increase the average energy of dynamical systems.