Developments, commissioning and upgrade of the FARCOS frontend electronics

In nuclear physics the study of heavy-ion collision at intermediate energies (10-100MeV/u) is the only means available to investigate the properties of nuclear matters under extreme condition and, thus, to better understand the Equation of State (EOS) of nuclear matter. This is fundamental for the study of the properties of stable and unstable (radioactive) nuclei and for the study of the properties of compact astrophysical objects such as neutron stars, core collapsing supernovae and black-holes formation.The large variety of particles and fragments produced in a single collision and their reciprocal correlation event by event allows quantitative understanding of the reaction dynamics and probing space-time properties of emitting sources. Several experimental techniques and the corresponding detection systems have been developed in order to find the answers to the remaining issue (space-time dynamics of the produced fragments, their thermal properties, internal temperature or spin, etc). The FARCOS system is positioned in this field, with its most promising application in particleparticle collision studies, particularly within the heavy-ion collision nuclear physics experiments. This extended abstract of my PhD thesis as collection of papers shows the work done for the development, commissioning and upgrade of a novel detection system called FARCOS (Femstoscopy ARray for COrrelation and Spectroscopy) which is a compact, modular and versatile telescope array made of Double Sided Silicon Strip Detectors and CsI(Tl) scintillators. Compared to similar detection systems, its increased energy and spatial resolution, wide solid angle coverage and its unique capability to perform pulse shape identification techniques, even in the first detection stage, make it a promising investigation tool for many physical cases.

In fisica nucleare lo studio della collisione tra ioni pesanti ad energie intermedie (10-100Mev/u) è considerato l’unico modo per investigare le proprietà della materia nucleare in condizioni estreme, permettendo una migliore comprensione dell’equazione di stato della materia nucleare (EOS). La grande varietà di particelle e frammenti prodotti in una singola collisione e la loro rispettiva correlazione evento per evento, permettono di approfondire le reazione dinamiche e studiare le proprietà spazio temporali delle sorgenti. Il sistema FARCOS è nato per trovare la risposta a problemi fisici rimasti aperti con la sua miglior applicazione nello studio delle collisioni tra particelle, in particolare per collisioni tra ioni pesanti in esperimenti di fisica nucleare. L’abstract esteso della seguente tesi di dottorato mostra il lavoro svolto durante lo sviluppo, l’utilizzo in esperimento e i seguenti miglioramenti del sistema FARCOS (Femstoscopy AReay for COrrelation and Spectroscopy), un sistema di rivelazione compatto e modulare composto da due rivelatori a microstrisce DSSSD (Double Sided Silicon Strip Detectors) e uno stadio calorimetrico composto da uno scintillatore al Cesio CsI(Tl). La grande risoluzione spaziale e copertura angolare unita all’utilizzo della tecnica di identificazione ‘’pulse shape’’ rendono il sistema FARCOS un promettente strumento per lo studio di differenti problemi di fisica nucleare ancora irrisolti ( dinamiche spazio temporali dei frammenti prodotti dalle collisioni, le loro proprietà termiche, le temperature interne e lo spin, etc).