Lo studio delle particelle elementari e delle
interazioni fondamentali
• la fisica agli acceleratori
• la fisica dei raggi cosmici
• la fisica delle onde gravitazionali
Gruppo 1 + 2 INFN
Campi di ricerca estremamente attuali
Oltre 70 ricercatori+tecnici coinvolti
Attività sperimentale tecnologicamente avanzata
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Gruppo 1
Gruppo 2
Fisica agli acceleratori
Fisica non agli acceleratori
• Interazioni e- p
(ZEUS)
• Violazione di CP
(NA48 + LHCB)
• Ricerca di nuova
fisica (CMS)
Raggi cosmici
Onde gravitazionali
• Antimateria nei RC
(PAMELA)
•Barre risonanti
(AURIGA)
•RC di energia estrema
(EUSO)
•Interferometri ottici
(VIRGO/LISA)
•Magia
•Cuoricino/Cuore
•…
Interdisciplinarietà
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
RC
Fisica agli acceleratori
Dal 1930 fino al 1950 i RC sono stati il principale (unico?) acceleratore a disposizione
per la Fisica delle Particelle!!!
1927: scoperta degli sciami prodotti dai RC
1932: e+
1937: m +/1947: p +/1947/1953: Inizio della proliferazione degli adroni: K+, K0, L0, X-, S+
A partire dagli anni 50 gli acceleratori hanno ‘preso il sopravvento’ (anche a Firenze!):
•Intensità (Luminosità)
•Direzionalita’
•Energia fissata
Solo per la Fisica delle particelle,
•Riproducibilità
non per l’Astrofisica!!!!
Ma….
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Anni 90: ritorno ai RC
1. Energie in gioco
Energie elevatissime (>106 ELHC)
pp  X
Ecm  2mpEp
2. Collegamenti interdiscplinari
• Fisica Nucleare
• SubNucleare
• Astrofisica
• Cosmologia
3. Nuovi mezzi tecnici
• Grandi rivelatori
• Satelliti
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Oscar Adriani
La Fisica agli acceleratori
•
Acceleratore LEP al CERN-Ginevra (Svizzera) (1989-2000)
(Esperimento L3)
Interazioni e+ e- (45 GeV / 45 GeV, 100 GeV / 100 GeV)
Fisica della Z0 e dei W+/W-, verifiche di precisione del Modello Standard
•
Acceleratore Hera a Desy-Amburgo (Germania) (1993  …)
Interazioni e- p (27.5 GeV / 920 GeV)
•
Acceleratore SPS al CERN (Anni 70  …)
Fasci di p, p, K0 (450 GeV)
•
Acceleratore LHC al CERN (2007  …)
Interazioni p p (8 TeV / 8 TeV)
Partecipazione significativa in grosse collaborazioni internazionali
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Gruppo 1
Gruppo 2
Fisica agli acceleratori
Fisica non agli acceleratori
• Interazioni e- p
(ZEUS)
• Violazione di CP
(NA48 + LHCB)
• Ricerca di nuova
fisica (CMS)
Raggi cosmici
Onde gravitazionali
• Antimateria nei RC
(PAMELA)
•Barre risonanti
(AURIGA)
•RC di energia estrema
(EUSO)
•Interferometri ottici
(VIRGO/LISA)
Interdisciplinarietà
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Oscar Adriani
ZEUS ad HERA I
L’esperimento ZEUS ad
HERA (DESY)
rivela collisioni di
elettroni (o positroni) e
protoni
Sono stati raccolti 17.5 pb-1 con elettroni e protoni e 114.6 pb-1 con
positroni e protoni.
Sono state effettuate misure estese di funzioni di struttura e sezioni d’urto di
Deep Inelastic Scattering.
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
HERA II
L’esperimento sta prendendo dati dopo uno shutdown per l’aumento della luminosità di
circa un fattore 4.7 e l’installazione di nuovi rivelatori (MicroVertice, Straw-Tube
Tracker).
Nella nuova fase sono disponibili fasci di
elettroni (o positroni) con polarizzazione
longitudinale.
Il programma prevede la misura di
precisione di funzioni di struttura e
sezioni di urto di Deep Inelastic
Scattering, lo studio della produzione di
heavy flavour e la ricerca di nuovi
fenomeni con sensibilità accresciuta.
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Ricerca di Lepton Flavour Violation
I processi in cui l’elettrone (o positrone) iniziale
e’ sostituito da un muone o un tau possono
essere mediati da Leptoquark in modelli non
diagonali nella famiglie (es. Bűchmuller-RűcklWyler).
Tali particelle hanno numeri leptonico L e
barionico B diversi da 0 e sono classificate in
base al numero fermionico F=|L+3B|=0,2.
Possono essere a seconda della massa
prodotte in modo risonante (canale s) o
contribuire in modo indiretto (canali s e u).
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Evento simulato con muone nello stato
finale
Gli eventi hanno elevato impulso trasverso
mancante e un muone o un tau con esso
allineato.
Nessuna evidenza e’ stata trovata di eventi con
Lepton Flavour Violation nel canale muonico o in
quello tau nella statistica di HERA I raccolta da
ZEUS e finora analizzata.
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Gruppo 1
Gruppo 2
Fisica agli acceleratori
Fisica non agli acceleratori
• Interazioni e- p
(ZEUS)
• Violazione di CP
(NA48 + LHCB)
• Ricerca di nuova
fisica (CMS)
Raggi cosmici
Onde gravitazionali
• Antimateria nei RC
(PAMELA)
•Barre risonanti
(AURIGA)
•RC di energia estrema
(EUSO)
•Interferometri ottici
(VIRGO/LISA)
Interdisciplinarietà
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NA48 all’SPS
NA48 è un esperimento CERN dedicato allo studio dei mesoni K
K± e K0(KS e KL) sono mesoni costituiti da un quark(antiquark) s (strange)
ed un antiquark(quark) u(up) o d(down)
Negli anni 50 nei K± si è scoperta la Violazione della Parità:
destra e sinistra non sono simmetriche
Nel 1964 nei KL si è scoperta la Violazione di CP:
Materia e Antimateria non sono simmetriche
Negli anni 1997-2001 NA48 ha scoperto la Violazione “diretta” di CP nei K0:
particella e antiparticella hanno probabilità di decadimento differenti
La violazione “diretta” di CP nei K0 si parametrizza con:
 ε  1  R
Re   
 (14.7  2.2) 104
6
ε
[Risultato finale di NA48]
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Come funziona l’esperimento NA48?
Grazie all’acceleratore SPS del CERN sono prodotti due fasci simultanei di
KS e KL, i cui decadimenti in due pioni carichi o due pioni neutri
sono rivelati da:
• uno spettrometro magnetico con camere a fili
• un calorimetro elettromagnetico a Kripton liquido
• un sistema di scintillatori per rivelare i protoni che producono i KS (tagger)
• un calorimetro adronico, un muon veto, due odoscopi per il trigger, etc
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Oscar Adriani
LHC: pp collider, 8 TeV + 8 TeV, 2007
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Oscar Adriani
LHCb physics goal:
High precision tests of CP violation in B meson
1012 b(bbar) pairs per year
B hadrons are mostly produced in the forward
direction (along the beam)
b–b correlation
Choose a forward spectrometer
10–300 mrad
Both b and b in the acceptance: important for
tagging the
production state of the B hadron
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Typical B event
Need to measure proper time of B decay: t  mL / pc
hence decay length L (typically ~ 1 cm in LHCb)
and momentum p from decay products (which have ~ 1–100 GeV)
Also need to tag production state of B: whether it was B or B
Use charge of lepton or kaon from decay of the other b hadron
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Oscar Adriani
LHCb detector
•
•
•
Excellent tracking and vertexing
Excellent particle identification capabilities
Specialised trigger for efficient B decay identification and background rejection
Vertex locator around the
interaction region Silicon
strip detector with ~ 30 mm
impact-parameter
resolution
Muon system to identify
muons, also used in first level
of trigger Efficiency ~ 95% for
pion misidentification rate <
1%
Calorimeter
system
to
identify electrons, hadrons
and neutrals Important for
the first level of the trigger
Tracking system and dipole magnet to
measure angles and momenta Dp/p ~ 0.4
%, mass resolution ~ 14 MeV (for Bs 
DsK) Magnetic field regularly reversed
to reduce experimental systematics
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Two RICH detectors for charged
hadron identification
Provide > 3s p–K separation for
3 < p < 80 GeV
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Oscar Adriani
Activity in Florence
•
INFN of Florence is building about 200 of the
1400 Multi Wire Proportional Chambers of
the LHCb Muon Detector
Chamber prototype
Chamber wire soldering
with laser beams
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Gruppo 1
Gruppo 2
Fisica agli acceleratori
Fisica non agli acceleratori
• Interazioni e- p
(ZEUS)
• Violazione di CP
(NA48 + LHCB)
• Ricerca di nuova
fisica (CMS)
Raggi cosmici
Onde gravitazionali
• Antimateria nei RC
(PAMELA)
•Barre risonanti
(AURIGA)
•RC di energia estrema
(EUSO)
•Interferometri ottici
(VIRGO/LISA)
Interdisciplinarietà
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Oscar Adriani
L’esperimento CMS ad LHC
Misura di precisione di muoni, elettroni, g, jets in un largo intervallo di energia
• Tracciatori di precisione in campo magnetico (4 T)
• sofisticata calorimetria elettromagnetica ed adronica
Tracker Pixel+Silicon Tracker
Calorimetro Adronico
rame + scintillatori
Magnete
supercondutto
re
ECAL
4 Tesla
cristalli PbWO4
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Camere μ Drift Tubes
+ Cathode Strip
Chambers + RPC
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Oscar Adriani
Il programma scientifico:
Studio della nuova fisica attesa ad una scala di energia
mai raggiunta prima con gli acceleratori.
• Ricerca della particella di Higgs e dell’origine della
massa
• Ricerca di particelle supersimmetriche. Grande
Unificazione delle interazioni fondamentali.
Neutralino  materia oscura nell’universo
• Fisica dei quark pesanti (t, b).
• Fisica degli ioni pesanti ad altissima energia. Studio
del quark-gluon plasma.
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Il tracciatore centrale
• 200 m2 di rivelatori in silicio realizzati con
tecnologia planare:
– Pixels per R < 15 cm
– Sensori a micro-strisce di silicio per 20 < R < 110 cm
• Rivelatori ed elettronica di lettura veloci
– Adeguati alla velocita` di acquisizione richiesta da LHC (40 MHz)
• Impiego di laser e fibre ottiche per la trasmissione del segnale
analogico.
• Scopo:
 spt ~ 1-2 % a 100 GeV/c :
– misura dei leptoni con ottima risoluzione (canali di nuova fisica);
– ricostruzione di risonanze strette;
– fisica del B.
 sip ~ 10-20 mm a 100 GeV/c:
– identificazione di b e di t tramite vertici secondari.
– Ricostruzione del tempo proprio nel decadimento (oscillazioni B-B).
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Attività su CMS a Firenze
•
•
•
•
Ricerca e sviluppo dei sensori a silicio
Controllo della qualità di produzione dei sensori;
Test di qualità dei moduli prodotti:
Costruzione dei moduli a microstrip:
microsaldatura in camera pulita
• Studio e sviluppo dell’elettronica di
alimentazione
•Sviluppo del software di ricostruzione.
•Integrazione dei rivelatori sulla struttura meccanica
con elettronica di lettura e trasmissione ottica del
segnale.
•Studio dei prototipi di rivelatore finale in test su
fascio.
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Oscar Adriani
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
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Gruppo 1
Gruppo 2
Fisica agli acceleratori
Fisica non agli acceleratori
• Interazioni e- p
(ZEUS)
• Violazione di CP
(NA48 + LHCB)
• Ricerca di nuova
fisica (CMS)
Raggi cosmici
Onde gravitazionali
• Antimateria nei RC
(PAMELA)
•Barre risonanti
(AURIGA)
•RC di energia estrema
(EUSO)
•Interferometri ottici
(VIRGO/LISA)
Interdisciplinarietà
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Oscar Adriani
I Raggi Cosmici
(L’altra faccia della medaglia!)
High Energy
  E 2.7
E
2.7
Deviazioni da questa legge
di potenza nelle regioni del
•ginocchio (3.1015 eV)
•caviglia (5.1018 eV)
Ultra High Energy
Very High Energy
  E 3
LHC Beam Energy
Firenze, 4 Febbraio 2004
  E 2.7
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LHC CM Energy
Oscar Adriani
Cosa possiamo imparare dai RC?
Misure/Effetti sperimentali
Composizione:
p  85%
He  12%
C,N,O  10-2
Fe  10-4
e-  2%
e+  10-4
p  104
Spettri energetici
Composizione isotopica
Ricerche di antinuclei
Ricerche di nuove particelle
Modulazione solare
Taglio geomagnetico
Fasce di radiazione
Atmosfera (23 X0, 11 lI)
2 campi di ricerca
attivi a Firenze
negli ultimi anni
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Informazioni Fisiche
Sorgenti
Meccanismi di accelerazione
Meccanismi di propagazione
Mezzo interstellare
Tempo di confinamento
Nucleosintesi
Campi magnetici
Fisica del sole
Geofisica
Simmetria materia/antimateria???
Nuove particelle???
Materia oscura???
Nuove interazioni???
1) Antimateria nei RC
2) Ultra High Energy Cosmic Rays
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Oscar Adriani
Gruppo 1
Gruppo 2
Fisica agli acceleratori
Fisica non agli acceleratori
• Interazioni e- p
(ZEUS)
• Violazione di CP
(NA48 + LHCB)
• Ricerca di nuova
fisica (CMS)
Raggi cosmici
Onde gravitazionali
• Antimateria nei RC
(PAMELA)
•Barre risonanti
(AURIGA)
•RC di energia estrema
(EUSO)
•Interferometri ottici
(VIRGO/LISA)
Interdisciplinarietà
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Antimateria nei RC
Problema cosmologico: simmetria/asimmetria materia/antimateria?
2 ipotesi cosmologiche:
1. L’universo è simmetrico: materia e antimateria occupano dominii differenti
2. L’universo è fatto solo di materia;
Condizioni di Sakharov:
1. Violazione numero barionico
2. Violazione CP
3. Non equilibrio termodinamico
p, e  , N
Investigazione diretta della antimateria nell’Universo:
Ricerca diretta di antiparticelle nei RC!!!!
Esperimento PAMELA
Esperimento in orbita su satellite russo: Lancio nel 2004
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Situazione sperimentale attuale
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Pamela Subdetectors
Anticoincidence system
TRD
• Defines acceptance for
tracker
• Threshold device. Signal
from e±, no signal from p, p
• Plastic scintillator + PMT
• 9 planes of Xe/Co2 filled
straws (4mm diameter).
Interspersed with carbon
fibre radiators  crude
tracking.
• Binary read-out
Time-of-flight
• Gives L1 trigger / detects
albedos / particle
identification (up to
1GeV/c) / dE/dx
• Aim: 102 separation e -vsp (above 1GeV/c). NB: 106
with calorimeter.
• Plastic scintillator + PMT
Si Tracker + magnet
• Timing resolution = 70ps
• Measures rigidity
Si-W Calorimeter
• 5 Nd-B-Fe magnet
segments (0.4T)
• Measures energies of e±.
• 6 planes of 300mm thick Si
detectors
• Si-X / W / Si-Y structure.
DE/E = 15% / E1/2.
• ~3mm resolution in
bending view demonstrated,
ie: MDR = 740GV/c
Firenze, 4 Febbraio 2004
• 22 Si / 21 W  16X0 / 0.9l0
[Acceptance ~21 cm2sr]
Firenze
• Imaging: EM - vs- hadronic
discrimination. Reconstruct
long. and transverse shower
profile.
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Possible increase of the antiproton
Flux
Firenze, 4 due
Febbraioto
2004Neutralino
Lo studio delleannihilation
particelle elementari e delle interazioni fondamentali
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Gruppo 1
Gruppo 2
Fisica agli acceleratori
Fisica non agli acceleratori
• Interazioni e- p
(ZEUS)
• Violazione di CP
(NA48 + LHCB)
• Ricerca di nuova
fisica (CMS)
Raggi cosmici
Onde gravitazionali
• Antimateria nei RC
(PAMELA)
•Barre risonanti
(AURIGA)
•RC di energia estrema
(EUSO)
•Interferometri ottici
(VIRGO/LISA)
Interdisciplinarietà
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
LO SPETTRO DEI RAGGI COSMICI ALLE ENERGIE ESTREME
17 EVENTI
PROTONI ?
P + g D P p..
GZK cutoff ?
ISOTROPIA ?
CLUSTERS ?
CUTOFF ?
OGNI INTERPRETAZIONE RICHIEDE NUOVA FISICA O NUOVA ASTROFISICA
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
EUSO : obiettivi scientifici
•
Misura ad alta statistica dello spettro dei raggi cosmici oltre il
limite GZK (E>5 * 1019 eV); previsti circa 700 eventi/anno con
energia E>1020eV , risoluzione in energia DE/E = 20%
•
Misura su tutto l’angolo solido del flusso di EECR e ricerca di
eventuali sorgenti puntiformi ; risoluzione angolare Dq=1o
•
Misura Xmax medio  Identificazione primario (P,Nuclei,g,n)
•
Ricerca di neutrini EECR
– I neutrini non sono affetti dal taglio GZK e possono venire da
sorgenti molto lontane, sono previsti da molti modelli di
accelerazione di EECR
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
EUSO on the ISS : SCHEMA GENERALE
EUSO Geometry
Focal surface (pixels)
Detector altitude = 380 km
Fresnel lenses
orbital period = 90 min
duty cycle = 0.1- 0.2
Cosmic ray
30o
0.1o
Total field of view = 60°
optics diameter = 2.5 m
Fluorescence
Geometrical factor = 5 · 105 km2 sr
Cherenkov
Pixel size = (.8 · .8) km2
background = 500 ph/m2/ns/sr
0.8 km
EUSO : Extreme Universe Space Observatory
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Oscar Adriani
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Gruppo 1
Gruppo 2
Fisica agli acceleratori
Fisica non agli acceleratori
• Interazioni e- p
(ZEUS)
• Violazione di CP
(NA48 + LHCB)
• Ricerca di nuova
fisica (CMS)
Raggi cosmici
Onde gravitazionali
• Antimateria nei RC
(PAMELA)
•Barre risonanti
(AURIGA)
•RC di energia estrema
(EUSO)
•Interferometri ottici
(VIRGO/LISA)
Interdisciplinarietà
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
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Le onde gravitazionali
Sono previste dalla teoria della Relatività Generale e
sono generate dal moto accelerato di masse.
Ondulazioni dello Spazio-tempo, il cui effetto sulla
materia al suo passaggio è di deformarla secondo le
direzioni perpendicolari a quella di propagazione (sono
onde trasversali).
2 tecniche ‘complementari’
• Barre risonanti  AURIGA a Legnaro
• Interferometri ottici  VIRGO a Cascina
Firenze, 4 Febbraio 2004
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AURIGA
LHe4 vessel
Al2081 holder
Main
Attenuator
Electronics
wiring
support
Thermal
Shield
Compression
Spring
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Transducer
Caratteristiche
principali:
Alluminio, 2300kg
 lunghezza 3m,
diametro 60cm
 raffreddata a 0.1 K
 speciali sospensioni
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Trasduttore ottico:
lettura delle vibrazioni
della barra tramite
laser
transducer
cavity
optical fiber
beam-splitter
Nd:YAG
laser
Phase
mod.
Power
stab.
Frequency
locking
FM sidebands
technique
reference
cavity
FM sidebands
technique
Data
acquisition
Low frequency
locking
temperature
control
pzt actuator
-18
Shh (1/Hz)
10
-19
10
Sensibilità dimostrata
a temperatura
10
820
840
860
880
900
920
ambiente
Frequency (Hz)Oscar Adriani
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
-20
940
Evoluzioni future
Dual Sphere, Dual torus: sono dei rivelatori non risonanti che
misurano lo spostamento differenziale di due masse concentriche
su un intervallo di frequenze compreso tra le due frequenze di
risonanza delle singole masse (1 kHz di banda).
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VIRGO
Interferometro ottico con bracci
lunghi 3 km
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La sospensione di Virgo
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La sensibilità di Virgo
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Il futuro: LISA
LISA è un interferometro
spaziale (ESA-NASA)
composto da una
costellazione di tre satelliti
distanti 5 milioni di km
l’uno dall’altro.
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Spacecrafts
3 pairs of “free falling” test
masses
( 3 10-15 ms-2 Hz-1/2 @ 0.1 mHz)
3 “test-mass follower”
shielding spacecraft
Test
Masses
2 semi-independent 5 106 km
Michelson Interferometers
with Laser Transponders
Telescopes
( 40 pm Hz-1/2)
5 106 km
LISA
Strain sensitivity  3  1021
Firenze, 4 Febbraio 2004
Goal: GW at
0.1 mHz – 0.1 Hz
Hz @ 10-3 Hz
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Oscar Adriani
Problema delle forze dovute alle cariche elettrostatiche
generate dai Raggi Cosmici Firenze
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
La tecnologia e le attrezzature
Per realizzare questi esperimenti è necessario:
• Competenza tecnologica avanzata
• Collaborazione tra vari enti di ricerca (INFN,
CNR, Università, INO, Osservatorio etc.)
• Attrezzature (Camere pulite, Tecnologie per
sviluppo di rivelatori, Elettronica, Sistemi di
Acquisizione, Rivelatori al silicio…)
NUOVO EDIFICIO INFN!!!!
• La Fisica e la Tecnologia sono sempre più
interconnesse
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Conclusioni
• Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni
fondamentali a Firenze è un campo in intensa attività
• Fisica agli acceleratori complementare alla Fisica dei
Raggi Cosmici
• La Fisica delle Onde Gravitazionali ha avuto un forte
impulso
Negli ultimi anni è stato seminato molto…
Speriamo in un buon raccolto nei prossimi anni!!!!
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Attività del gruppo di Firenze
Il
gruppo di Firenze è stato impegnato
nell’esperimento dalla sua fase iniziale ed ha
contribuito alla presa dati, allo sviluppo del
software (es. nuovo event display) e alla analisi a
vari livelli di responsabilità.
Attualmente esprime la Physics Chairperson
(E.Gallo).
Ha svolto analisi su funzioni di struttura, fisica
diffrattiva e fisica oltre il modello standard
(argomento su cui è attualmente concentrato).
Firenze, 4 Febbraio 2004
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Risultati
Sono stati posti limiti sui Leptoquark che mediano le interazioni.
Sono qui illustrati I limiti ottenuti dalla ricerca dei canali muone (sinistra) e tau (destra) per Leptoquark di bassa massa
Scalari e Vettoriali con numero fermionico F=0, confrontati con limiti da esperimenti di bassa energia e decadimenti rari.
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Cosa sono i RC?
Radiazione elettromagnetica:
Radio
IR
Visibile
UV
X
g
Particelle cariche:
p
ee+
Antiprotoni
Nuclei
Antinuclei?
???
n
???
Particelle neutre:
Astronomia
Astrofisica
RC
Onde gravitazionali…..
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Aspettative di Pamela
Firenze, 4 Febbraio 2004
Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Signature of Neutralino Annihilations
• Distortion of antiproton flux due
to one possible model of
neutralino annihilation based on
MSSM
• This model predicts signal for
large E(antip)  high mass
neutralino (~1 TeV).
• Note that signal >> background
for E(antip)  20GeV
• Need to perform an experiment
accumulate a high purity sample
anti-protons
Contribution from neutralino
annihilation
Secondary production
(background!)
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Spectral Analysis VI1 station:
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Risultati preliminari del deposito di
carica dovuto ai raggi cosmici primari
al minimo di modulazione solare.
Per confronto,
si consideri che un brillamento di
media-alta intensita' produce un flusso
di protoni che deposita una carica
di circa 11000 e+/s.
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Schema del tracciatore:
Sensori a microstrisce:
• Passo: da 80 mm a 205 mm; spessore: 320 mm (parte interna) e 500 mm
(parte piu` esterna)
• Piu` di 27000 sensori che verranno prodotti con linee industriali da 6’’
• Piu` di 10 milioni di canali di lettura. Chip di lettura realizzati in
tecnologia industriale a 0.25mm. Eccellente prestazioni di rumore e
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Oscar Adriani
resistenza
alla radiazione.
400 eventi per anno E>1020eV
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
I raggi cosmici di energia > 100 MeV attraversano le
pareti di LISA, caricando le masse di prova, e generando
fra le masse di prova e le superfici conduttive che le
circondano forze spurie che possono essere confuse con
segnali gravitazionali. Per valutare queste forze spurie
occorre determinare il flusso dei raggi cosmici primari e
di origine solare in prossimità dell’orbita di LISA
Qui, per esempio, è mostrato il flusso dei protoni dei raggi
cosmici primari al minimo e al massimo di modulazione
solare. I protoni sono il 90% del campione dei raggi
cosmici; nuclei di elio sono l’8%, ed il restante 2%,
sono elettroni e nuclei pesanti
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Nel 2002 è stato usato un fascio di soli KS
per cercare decadimenti super-rari, tra
cui:
9
BR(KS  π0e e )  (5.82.9
2.4 )  10
[7 eventi con un fondo di 0.15]
Nel 2003-2004 sono stati usati due fasci simultanei di K e
K per cercare la Violazione diretta di CP nei decadimenti in
tre pioni
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
LHCb physics goal
• TThe experiment will provide high precision tests of CP violation in B meson
decays exploiting a large number of different B decay channels
Enormous production rate at LHCb: ~ 1012 b(bbar) pairs per year
 much higher statistics than the current B factories
But more background from non-b events  challenging trigger
and high energy  more primary tracks, tagging more difficult
• EExpect ~ 200,000 reconstructed B0  J/y KS events/year
(current B-factory samples of ~ 2000 events)
 precision on sin 2b ~ 0.02 in one year for LHCb
(similar to expected world average precision in 2007)
• EExpect ~ 26,000 reconstructed B0  pp events/year
(~ 1000 from B-factory by 2007)
• BBut in addition, all b-hadron species are produced: B0, B+, Bs, Bc , Lb …
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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali
Oscar Adriani
Multi Anode PMTs
200.000 pixels
Fresnel lenses
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