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Il Gamma-ray Large Area Telescope (GLAST) è un esperimento spaziale per lo studio dei raggi gamma. Il suo strumento principale, il LAT ( Large Area Telescope), è concepito per studiare i fotoni di energia compresa tra 30 MeV e 300 GeV attraverso il processo dominante a tali energie: la produzione di coppie e+e-.

Lo strumento verrà lanciato nel 2007 e realizzerà osservazioni con una precisione mai raggiunta prima, continuando la tradizione che negli ultimi decenni ha permesso lo sviluppo dell’astronomia gamma. Inoltre si potrà osservare una regione dello spettro elettromagnetico mai osservata prima, compresa tra qualche decina e le centinaia di GeV. Con GLAST si potranno studiare vari tipi di sorgenti gamma come Nuclei Galattici Attivi, pulsar, Gamma Ray Burst e quelle sorgenti gamma che non sono state ancora identificate. Saranno possibili studi su argomenti alla frontiera tra astrofisica e fisica delle particelle come il meccanismo di accellerazione dei raggi cosmici o la ricerca di materia oscura. Nel prossimo decenni ci si aspetta un significativo passo avanti in tutti questi campi grazie alle osservazioni fornite dall’attuale generazione di strumenti, sia spaziali (tra cui GLAST è sicuramente il riferimento principale) che terrestri i quali offrono migliori prestazioni ad energie elevate.

Il LAT è uno strumento altamente tecnologico, progettato utilizzando tecniche di fisica delle particelle elementari. L’idea di fondo è quella di ricostruire il vertice del processo di produzione di coppie e misurare l’energia dello sciame. Per tale scopo è necessario un tracciatore–convertitore e un calorimetro. Il tracciatore è in fase di costruzione presso l’INFN di Pisa. Esso sfrutta la sovrapposizione di piani di materiale ad alto Z (tungsteno) per favorire la produzione di coppie e piani X-Y di rivelatori a microstrip di silicio per tracciare le particelle cariche. Il disegno del LAT segue una struttura modulare, in modo da ottimizzare tempi e costi di produzione. Esso è formato da 16 torri identiche, ognuna delle quali è composta da tracciatore, calorimetro ed elettronica di controllo. Per quanto riguarda le torri del tracciatore, oggetto di questa tesi, essoe sono costruite da una pila di tray: si tratta di strutture in carbonio che fungono da sostegno meccanico ai rivelatori al silicio ed all’elettronica di lettura. I rivelatori sono di tipo a microstrip di 228 um di passo, la cui caratteristica fondamentale è la bassissima corrente di leackage (~ 100 nA per un wafer) e la bassa tensione di svuotamento (< 120 V). Tali peculiarità sono essenziali per il loro utilizzo su un satellite artificiale, dove la potenza elettrica disponibile è limitata.

La costruzione del tracciatore è ormai ben avviata. Tutti i sensori al silicio sono stati ricevuti e quasi tutti sono già stati testati, confermando l’ottima qualità della produzione con oltre il 97 % di wafer accettati. Le procedure di produzione dei vari componenti sono ormai definite ed hanno già dato buoni risultati sui prototipi. Si prevede di ultimare la costruzione della prima torre di volo entro l’estate di quest’anno.

Componente essenziale del LAT è il sistema di controllo e acquisizione dati (DAQ). Ogni torre ha un sistema indipendente gestito da un modulo chiamato TEM (Tower Electronic Module). Ogni piano di rivelatori è letto da un modulo di elettronica, detto MCM (Multi Chip Module), formato dai chip di Front–End, che digitalizzano il segnale dei rivelatori e da due chip di controllo. All’INFN di Pisa è anche affidato il compito di preparare i test elettrici per le varie fasi della costruzione stessa. Il controllo dello strumento avviene tramite un sistema di supporto a terra (EGSE) gestito per mezzo di un ambiente software fornito dal gruppo responsabile del I&T (Integration and Test). A Pisa vengono preparate le routine di test e si provvede ad archiviare i risultati dei test stessi in modo da renderli facilmente reperibili durante la successiva fase di integrazione. Si tratta di script in linguaggio Python scritti in modo da esercitare le varie funzioni dei chip e studiarne le prestazioni: funzionalità, ricerca di strip difettose, rumore elettronico, ecc...

Un prototipo di rivelatore, equipaggiato con MCM di volo, è stato costruito ed ampliamente testato con l’obiettivo di validare il progetto generale e cercare eventuali punti deboli. Su di esso sono stati studiate le prestazioni in termini di rumore, efficienza e risoluzione: i risultati hanno soddisfatto i requisiti di progetto in un ampio range di parametri funzionali. È stato infine analizzato un set di eventi di raggi cosmici con l’ausilio del software offline di ricostruzione e analisi di GLAST: GLEAM. Sono state evidenziate interessanti correlazioni tra la direzione (ricostruita) di arrivo delle particelle e l’andamento di valori come distribuzione e molteplicità delle hit e Time Over Threshold. Dove possibile sono stati anche costruiti semplici modelli analitici per spiegare gli andamenti osservati.

L’esperienza acquisita con il prototipo di tracciatore ed il miglioramento progressivo del sistema di controllo sono estremamente importanti per la fase di assemblaggio. Essi sono gli strumenti essenziali per la preparazione dei test che dovranno garantire il perfetto funzionamento delle torri del LAT.