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La strada che porta ad un collider lineare e + e - Marcello Piccolo Catania 9/2002.

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Presentazione sul tema: "La strada che porta ad un collider lineare e + e - Marcello Piccolo Catania 9/2002."— Transcript della presentazione:

1 La strada che porta ad un collider lineare e + e - Marcello Piccolo Catania 9/2002

2 Agenda Un rapido excursus della fisica di un collisionatore lineare a 500 GeV c.m.. Il progetto di un apparato sperimentale. Scale dei tempi e scenari Impegni dei ricercatori INFN Richieste finanziarie

3 Problemi aperti in HEP La simmetria SU(2)xU(1) deve essere rotta ad un valore di v=250 GeV per spiegare m Z ed m W Che cosa e’ che la rompe ? Perche’ si rompe ? Perche’ 250 GeV (<< M Pl ) ? –Stabilita’ –Origine Come nascono le masse dei fermioni?

4 L’ Higgs e’ probabilmente “dietro l’angolo” Tutti i dati raccolti fino ad ora, sensibili ad effetti quantici dell’ Higgs indicano : m H <196GeV (95%CL) (LEPEWWG Winter 2002) Il Tevatron a Fermilab, ha buone possibilita’ di scoprire l’Higgs entro il 2008

5 L’Higgs a LHC LHC scoprira’ uno Standard Model Higgs di qualunque massa entro 3 anni ! (2011?) E’ sufficiente la scoperta ? Non credo. Supponiamo di scoprire H , e di vedere poi come cross check lo stato finale ttH. Technipion? Scalare or pseudo-scalare? Si accoppia con W/Z?

6 Legittime domande Abbiamo veramente scoperto il bosone di Higgs ? –E’ la particella che genera la massa ? –Ha lo spin e la parita’ corretti 0 + ? –E’ effettivamente il condensato che riempie l’Universo ? Per provare che e’ l’ “Origine della Massa” –Spin/Parita’ –Accoppiamenti –Vacuum expectation value –Branching Ratios

7 Higgs Boson at LC Distributioni angolari in e + e –  ZX dipendono dal tipo di X=h, A, V E’ un bosone 0 + ?

8 Higgs Boson at LC Branching Fractions comprovano la relazione accoppiamenti  massa  Prova che il Bosone di Higgs e’ la “Origine della Massa” (Battaglia)

9 Higgs Boson at LC Stato finale ZH A LR prova che viene da uno s-channel Z- exchange

10 Higgs Boson at LC Stato finale ZH A LR prova che viene da uno s-channel Z- exchange Se Z:gauge boson, H: scalar boson  solo due vertici possibili

11 Higgs Boson at LC Stato finale ZH A LR prova che viene da uno s-channel Z- exchange Se Z:gauge boson, H: scalar boson  solo due vertici possibili C’e’ bisogno di un VEV per avere un vertice ZZH.

12 Higgs Boson at LC Stato finale ZH A LR prova che viene da uno s-channel Z- exchange Se Z:gauge boson, H: scalar boson  solo due vertici possibili C’e’ bisogno di un VEV per avere un vertice ZZH.  prova che e’ responsabile di m Z HM, LBNL-38891

13 Post-Higgs Problem Abbiamo visto “che cosa ” e’ condensato Ma non sappiamo ancora “ perche’ ” Due domande : –Perche’ abbiamo un condensato –Perche’ la scala di condensazione ~TeV<

14 Almeno tre direzioni possibili La storia si ripete –Crisi con l’elettrone ….introduzione dell’antimateria –Raddoppio del # particelle  supersymmetry Se si usa il meccanissmo delle Cooper pairs –Cooper pairs: composto fatto con due elettroni –Higgs potrebbe essere un composto di coppie fermioniche  technicolor La Fisica finisce al TeV –Scala ultimativa: quantum gravity –Si potrebbero avere effetti gravitazionale ~TeV  hidden dimensions

15 Difficile differenziare modelli Pseudo-Nambu-Goldstone bosons in technicolor Universal Extra Dimensions (Cheng, Matchev, Schmaltz) –Lightest Kaluza-Klein states ~ LSP Se i modelli sono ben definiti con pochi parametri, LHC puo’ escludere molte interpretazioni… …Ma conoscendo il campo dei teorici: –Nuove interpretazioni spunteranno come funghi –Gli sperimentali avranno il loro da fare ad escluderle.  Lunghissimo processo di eliminazione Informazioni dettagliate CRUCIALI

16 LC is good at details SupersymmetryFourth generation E jj distribution tells if m B  0 Cross sections vs polarization determine quantum numbers ~

17 Supersymmetria al LC Scoperta al Tevatron o piu’ verosimilmente a LHC. Da provare : che siano effettivamente superpartners –Spins differisce di 1/2 –Gli stessi numeri quantici SU(3)  SU(2)  U(1) –Accoppiamenti supersmmetrici Spin 0?

18 E non finisce qui…. Non ho tempo per discutere : –Fisica del TOP –Accoppiamenti Yukawa –Opzione  –Giga Z Se capitera’ accennero’ durante la discussione del rivelatore.

19 Ora il rivelatore Di solito si dice: –Un rivelatore tipo LEP con una lucidatina per togliere la polvere va piu’ che bene per la nuova macchina. ASSOLUTAMENTE SBAGLIATO: –Proprio perche’ l’ambiente e + e - e’ cosi’ pulito, vale la pena disegnare un rivelatore che abbia capacita’ sperimentali molto piu’ spinte. Queste caratteristiche si riflettono in un aumento equivalente di luminosita’ efficace… e tutti sanno che la luminosita’ e quella cosa di cui non c’e’ mai abbastanza alle macchine leptoniche..

20 Qualche esempio (il VXD) La geometria cilindrica porta naturalmente ad accumulare materiale nelle endcaps: –Estremamente importante tenere basso il # di X 0 obiettivo: spessore/strato ~ % X 0 –SLD spessori 0.4% X 0 Soluzioni possibili : –Rivelatori sottili stirati (ie. supportati via tensione) Stirare una membrana e’ piu’ difficile rispetto a un filo –Incollare il rivelatore su un supporto stirato Complicazioni di incollaggio –Incollare rivelatore su un supporto rigido

21 Disegno concettuale del tracker centrale Richieste generali: –Risoluzione in momento eccellente Massa mancante ai dileptoni per eventi ZH Misura dell’endpoint nelle catene di decadimento SUSY –Pattern recognition eccellente, risoluzione traccia- traccia al meglio Spread di momento grosso, jets densi –Resistente ad alti fondi macchina full tracking system

22 Central tracker concepts

23 Pattern recognition: gas vs. Si L’occhio tende a preferire la figure a sinistra, anche se i punti di destra sono molto piu’ precisi –5 strati sono sufficienti per una pattern recognition efficiente? “gas” Si

24 Calorimeter concepts

25 Richieste di risoluzione in massa per i jets Obiettivo : disinguere W and Z nei modi adronici –richesta: risoluzione per E j esempio: Uno studio dettagliato della misura dell’autoaccoppiamento mostra che passare dal 60% al 30% nel termine stocastico e’ equivalente ad un 40% di aumento in luminosita’

26 L’algoritmo dell’energy flow Se non e’ possibile effettuare fits cinematici, l’algoritmo dell’energy flow fornisce la migliore risoluzione energetica : –Si usa il tracciatore per misurare l’energia dei carichi (65% della energia del jet) –Calorimetro EM per fotoni (25%) –Calorimetri EM and Had per adroni neutri (10%)

27 L’algoritmo dell’energy flow Assume:

28 L’algoritmo dell’energy flow Ignorando il termine di tracking ( piccolo): – e’ il contributo piu’ grande

29 Moliere radius (Iron vs. Tungsten) Iron Tungsten (many images courtesy H.Videau)

30 Attivita’ di R&D connesse con TESLA 3 programmi sui rivelatori di vertice –U.K., France, Germany. 1 programma basato su gas tracking, –In collaborazione anche con gruppi U.S. 2 programmi di Calorimetria –Calice, LCcal 1 programma dedicato a camere a piatti piani –Possibile uso nell’ had-cal and muon-det..

31 LCcal

32 Simulazione per  -id: eventi GeV I quattro spettri si riferiscono: Nero :Particelle primarie generate generate Rosso :  generati Green :  identificati Blu :  misidentificati

33 Calice Obiettivo : Costruire un prototipo calorimetrico di 1 m 3 quanto piu’ possibile vicino al calorimetro reale. La collaborazione ha collaboratori Europei ed Americani –Ultimamente ha anche attraversato il Pacifico. Richieste fondi previste quest’anno

34 ICFA forms ILCSC on July 30, 2002 Three year mandate for promoting the LC as an international initiative First meeting July 30, agreed on membership - began process for review of needed facility capabilities - heard about recent international steps and proposed steps * Next meeting in CERN, October (at ICFA seminar) INTERNATIONAL LINEAR COLLIDER STEERING COMMITTEE

35 The primary role of the Steering Committee is to promote the construction of an Electron -Positron Linear Collider through world-wide collaboration. In so doing the Committee will give particular attention to Outreach, Science, Technology and Organization of the LC project. The Steering Committee will report to ICFA. Overarching Statement

36 The ILCSC will: 1.Engage in outreach, explaining the intrinsic scientific and technological importance of the project to the scientific community at large, to industry, to government officials and politicians and to the general public. 2.Based upon the extensive work already done in the three regions, engage in defining the scientific roadmap, the scope and primary parameters for machine and detector. It is particularly important that the initial energy, the initial operations scenario and the goals for upgradability be properly assessed. 3.Monitor the machine R&D activities and make recommendations on the coordination and sharing of R&D tasks as appropriate. Although the accelerator technology choice may well be determined by the host country, the ILCSC should help facilitate this choice to the largest degree possible. 4.Identify models of the organizational structure, based on international partnerships, adequate for constructing the LC facility. In addition, the ILCSC should make recommendations regarding the role of the host country in the construction and operation of the facility. 5.Carry out such other tasks as may be approved or directed by ICFA. Mandate of the ILCSC

37 (need to involve Canada) Membership

38 “Item 2 of the ILCSC Mandate calls for an early consensus on the scope of the facility in terms of physics capability. Thus it seemed natural to think about a subcommittee that would aid this function…. It has been suggested that the World Wide Physics and Detector Study Group, now chaired jointly by S. Komomiya, David Miller and Charlie Baltay, take a major role in this subcommittee.”. Proposed Subcommittees a) Physics and Detectors b) Outreach c) Organisational Structures d) Accelerators

39 Impegni e lavoro ricercatori INFN Lccal e’ una iniziativa essenzialmente italiana coordinata da Paolo Checchia. (INFN-PD,INFN-MI,INFN-TS,LNF) Paolo Checchia e’ stato co-chairman nell’organizzare le sessioni di calorimetria in vari meeting Europei. M. Piccolo e’ convener del gruppo di studio dei  co- convener del gruppo di studio di calorimetria e membro del comitato organizzatore del “Linear collider Worldwide Study Group” che con molta probabilita’ evolvera’ nel sottocomitato Physics and detectors dell’ ILCSC. Una iniziatva di Gruppo V CAPIRE (INFN-MI, INFN-TO, LNF) per studiare le caratteristiche di camere a piatti piani e’ partita per valutare anche le possibilita’ di utilizzo per rivelatore di  e calorimetria adronica.

40 Richieste finanziarie Tutto il lavoro di R&D fatto con fondi di Gr. V. Tradizionalmente fondi di partecipazione a. conferenze workshops ottenuti dal Gr. I: –Ogni anno : 3 meetings regionali, un meeting R&D ed un paio di meetings operationali. Circa persone lavorano attivamente nei gruppi di studio e nelle attivita’ di R&D. Si richiedono, come lo scorso anno 40Keuro da dividere sui fondi generali Gr. I di LNF e PD.


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