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25 anni verso la nuova fisica Marcello A. Giorgi Università di Pisa & INFN Pisa 19 Settembre, 2013.

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Presentazione sul tema: "25 anni verso la nuova fisica Marcello A. Giorgi Università di Pisa & INFN Pisa 19 Settembre, 2013."— Transcript della presentazione:

1 25 anni verso la nuova fisica Marcello A. Giorgi Università di Pisa & INFN Pisa 19 Settembre, 2013

2 La Prima Volta ! Franco ci ha convocato e tutto e nato al castello Aragonese di Otranto con una riunione dei coordinatori dei dottorati in Fisica

3 La Prima Volta ! Lidea lanciata allora e un seminario per dottorandi in fisica di varie provenienze geografiche e culturali. Fino ad allora cerano state scuole tematiche o settimane di studio itineranti spesso sostenute direttamente dallINFN come la scuola di fenomenologia oppure le settimane di studio per borsisti INFN( quasi un sostituto dei dottorati). Nesssuna di queste iniziative e stata duratura. Personalmente allinizio ero perplesso sul futuro della iniziativa salentina. Mi legava pero a Franco amicizia e stima reciproca lavoravamo insieme in ALEPH e questo era sufficiente. Franco con il gruppo barese era impegnato nel calorimetro adronico e nel riconoscimento dei muoni insieme a Gabriella Catanesi, Mauro De Palma, Giorgio Maggi, Sergio Natali, Salvatore Nuzzo, Antonio Ranieri, Federico Ruggieri, Pino Zito. Io impegnato nel rivelatore di vertice insieme a Giovanni Batignani, Luciano Bosisio, Massimo Carpinelli, Ettore Focardi, Francesco Forti, Giuliana Rizzo, Guido Tonelli, Giuseppe Triggiani.

4 La Prima Volta ! Era anche la prima volta che venivo nel Salento. E poi ho scoperto tante cose incluso la purea di fave e non solo…

5 La Prima Volta ! Era anche la prima volta che venivo nel Salento. E poi ho scoperto tante cose incluso la purea di fave e non solo…..anche lalbero della vita e poi…

6 La Serra degli Alimini e lidea di tenere gli studenti tutti insieme per tutto il tempo in una full immersion anche…

7 …in mare mi era parsa eccellente e simile allidea che aveva convinto noi pisani a..

8 scegliere La Biodola allisola dElba per la nostra serie di conferenze e per workshops dedicati Ma come verso la nuova fisica ? Il mio modesto contributo poche slides dalle mie ultime tre partecipazioni , 2011.

9 Le mie partecipazioni Gli argomenti dei seminari erano basati sulle esperienze dirette di lavoro dgli speakers. Nel mio caso: fisica di precisione, esperimenti e+ e-, test di SM, esplorazione BSM. Dopo Aleph la violazione di CP nei B, la verifica del paradigma CKM., sfida allo SM con misure su canali rari Mixing D 0 e limiti a LFV nel decadimento dei tau Nuove idee per il futuro. Le mie lezioni sono state comunque lezioni di fisica delle particelle. E cosi….

10 OUTLINE (2001) Simmetrie discrete Mixing K neutri B sin2b

11 Otranto Settembre 2001Marcello A. Giorgi11 Cenni di simmetrie discrete P,T,C P parity P ha autovalori +1 e -1,è Unitario ed Hermitiano P - P 2, P 2 =1 i d ij

12 Otranto Settembre 2001Marcello A. Giorgi12 Decadimenti di K L e K S K S : Br in è >99.99% K L : Br in 3 è 33.68%,BR in è 65.95% Il decadimento del K s in sembrava indicare che esso è autostato puro di CP essendolo lo stato finale. Analogamente il decadimento in 3 del K L sembrava indicare che esso è autostato puro di CP allautovalore opposto. Il modo più semplice di scrivere i 2 autostati di CP è pertanto il seguente: e

13 Otranto Settembre 2001Marcello A. Giorgi13 Mixing del flavour Dalla meccanica classica viene lesempio più semplice di oscillazione di un sistema con 2 modi. Esercizio: k mm 2 pendoli di massa m e lunghezza sono accoppiati da una molla di costante elastica k e lunghezza di riposo x. x Si studino i 2 modi e la frequenza di mixing

14 Otranto Settembre 2001Marcello A. Giorgi14 Esistono autostati della matrice di massa? Autostati di Sì! Con [ ] e se chiamo

15 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi15 MIXING ®ENERATION Pais&Piccioni 1956 Strong interaction is strangeness conserving And Hyperon production xsections are i.e.: M.S.Sozzi Varenna05

16 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi16 A new regeneration mechanism in 1963?? M.S.Sozzi Varenna05

17 Otranto Settembre 2001Marcello A. Giorgi17 Se vale CP p=q Sono autostati di CP ed inoltre

18 Otranto Settembre 2001Marcello A. Giorgi18 Sistema dei K neutri Nel caso dei gli stati in oggetto sono La violazione è legata a Definiamo

19 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi19 Outline of lectures (2006) Discrete symmetries Need for CPV CPV in K sector CKM model Discovery of CPV in B sector BaBar achievements Not only CP Towards the Future Historical touch and motivat ion

20 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi20 A new proposal at BNL!!

21 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi21 The glorious experiment 40 DAYS FOR CP VIOLATION LOI J.Cronin,V.Fitch,R.Turlay april 63 Approval at Brookhaven may 63 Detector ready june days of rnns starts end July 63

22 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi22 Experimental apparatus what new? SPARK CHAMBERS ! What are They?

23 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi23

24 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi24 It is CPV Reject other possibilities: Anomalous regeneration Failure of Quantum Mechanics misidentifcation 3-body something missing BUT Invariant mass of Kaon evidence Independent of production..e nel settore dei B???

25 ..e nei B?

26 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi26 3 ways to CP violation CPV in decay: CPV in mixing: CPV in the interference decay-mixing: For example: decays to CP eigenstates

27 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi27 Observables: direct CP asymmetry ifif CP A 1 = |A 1 | A 2 = |A 2 | e i e i A 1 = |A 1 | A 2 = |A 2 | e i e i (CP-conserving) (CP-violating) A = A 1 + A 2 Time-integrated direct CP asymmetry requires two amplitudes and : A = A 1 + A 2 A + - A CP

28 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi28 Observables time-dependent CP asymmetry CP B0B0 f CP AfAf AfAf B0B0 B0B0 B0B0 AfAf AfAf Interference between mixing and decay to a CP eigenstate. Flavor-tagged time-dependent decay rates are different! they are governed by the CP parameter: CP eigenvalue Amplitude ratio e i2 from mixing For single decay amplitude Asymmetry

29 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi29 CP in Standard Model CKM quark mixing matrix b ul B ( ) l CP Violating phase B D (*) l b cl B ( ) B 0 Mixing Unitarity CKM

30 Serra degli Alimini, Settembre 2006 Marcello A. Giorgi30 O( 2 ) Representing unitarity relations as Unitarity Triangles The unitarity condition of CKM matrix VV + =V + V=1 gives 6 relations between the matrix elements as : V ud V* ub + V cd V* cb + V td V* tb =0 (in this relation the 3 terms have the same order of magnitude ~ O( 3 ) and it can be graphically represented in a complex plane as a triangle with sides of comparable length. Other relations have terms of different order of magnitudes. E.g.: V us V* ub + V cs V* cb + V ts V* tb =0 O( 4 )O( 2 ) Overconstrain and the 4 parameters of CKM, A

31 Experimental ingredients for time dependent CP asymmetries measurement of beta, alpha and gamma z (4S) = 0.55 Coherent BB pair B0B0 B0B0 Tag vertex reconstruction Flavor Tagging Exclusive B Meson and Vertex Reconstruction Start the Clock z J/ Asymmetry Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

32 INGREDIENTI PER CP with time Dependent analysis Misura dei tempi di decadimento. Cioe misura precisa dei vertici di decadimento

33 Digression: Use of precise Silicon detectors in Flavour experiments. Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

34 Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

35 Schema di rivelatore al Silicio V 0 Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

36 Primi rivelatori a strip Luso dei primi rivelatori a silicio e stato il trigger per lo sviluppo di rivelatori a strip Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

37 Primi rivelatori a strip Luso dei primi rivelatori a silicio e stato il trigger per lo sviluppo di rivelatori a strip Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

38 Primi rivelatori a strip Luso dei primi rivelatori a silicio e stato il trigger per lo sviluppo di rivelatori a strip ….... ….. (M.A.G/. Proc. Miniaturization of High Energy Physics Detectors Plenum Press) Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

39 Primi rivelatori a strip Luso dei primi rivelatori a silicio e stato il trigger per lo sviluppo di rivelatori a strip. Primo rivelatore a strip a barriera di superficie con divisione di carica. ….... ….. (M.A.G/. Proc. Miniaturization of High Energy Physics Detectors Plenum Press) First Pisa meeeting on advanced Detectors (Elba series) Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

40 Schema rivelatore a strip Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

41 Dal telescopio NA1 alla strip target Silicon telescope 300mm pitch Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

42 Dal telescopio alla strip target Silicon telescope 300mm pitch Ma perche non eliminare gli spazi inutili? Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

43 Dal telescopio alla strip target Silicon telescope 300mm pitch Ma perche non eliminare gli spazi inutili? Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

44 Dal telescopio alla strip target Silicon telescope 300mm pitch Ma perche non eliminare gli spazi inutili? Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

45 Dal telescopio alla strip target Silicon telescope 300mm pitch BUT…. Ce bisogno di un materiale a piu alta densita Ge Ma perche non eliminare gli spazi inutili? Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

46 Dal telescopio alla strip target Silicon telescope 300mm pitch BUT…. Ce bisogno di un materiale a piu alta densita Ge Monolithic Ge Detector strip 25 m (50 m pitch) Ma perche non eliminare gli spazi inutili? Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

47 (1982) NA1 una migliore misura della vita media del charm Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

48 In vista di LEP Rivelatori a doppia faccia !! SLD -SLAC Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

49 ALEPH Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

50 ALPEH – VDET (the upgrade) – 2 silicon layers, 40cm long, inner radius 6.3cm, outer radius 11cm – 300 m Silicon wafers giving thickness of only 0.015X 0 – S/N r = 28:1; z = 17:1 – r = 12 m; z = 14 m Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

51 Ma anche al Tevatron CDF Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

52 ALEPH VDETII OPAL μVTX3 DELPHI Si Tracker L3 SMD LEP: Aleph started the game first, immediately followed by the others K.Österberg, Performance of the vertex detectors at LEP2, NIM A435 (1999)

53 Rivelatori a doppia faccia Si raccolgono sia buche che elettroni Minor materiale a parita di informazioni Maggiore complessita tecnica Maggior costo Non basta suddividere lelettrodo sul lato posteriore a causa dellaccumulo di carica superficiale p-stops n+ Soluzione sviluppata a Pisa (86): strip p+ per interrompere lo strato di accumulazione di e- che cortocircuiterebbe tutte le strip n+ Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

54 the BaBar Silicon Vertex Tracker Trackers for the B-factories:

55 PEP-II & BaBar L max = 1.12 X cm –2 s –1 L dt = 371 fb – Υ (4S)+off(~10%)} (>3.7x10 8 B events) Charged tracking/vertexing 5-layer DSSD Si µstrip 5-layer DSSD Si µstrip 40 layers (He-isobutane) 40 layers (He-isobutane) Hadron identification tracker: dE/dx tracker: dE/dx DIRC imaging Cerenkov DIRC imaging CerenkovElectron/photon CsI calorimeter CsI calorimeter Muon/K L Instrumented flux return Instrumented flux return 11 Countries, 80 Institutions, 623 Physicists Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

56 e + source Ares RF cavity Belle detector SCC RF(HER) ARES(LER) KEKB & Belle 8 x 3.5 GeV 22 mrad crossing angle since countries, 57 institutes, ~400 collaborators 8GeV (e ) 3.5GeV (e + ) peak luminosity: cm 2 s 1 Serra degli Alimini, Settembre Marcello A. Giorgi

57 Triumph of CKM from LHCb data Good agreement no evident discrepancyor tension, even with different statistical analysis Summer 2011 Serra degli Alimini 26/9/201157M.A.Giorgi

58 Precision investigation of Higgs boson e+ e- Higgs Factory? Hopefully. Precision measurements in accelerator and non accelerator experiments: CPV in b and c LFV in m and t Dark Matter search Dark Energy search Still flavor experiments at high luminosity Triumph of SM. How BSM?

59 How BSM? Need for high luminosity experiments Need for precise detectors ( precision trackers, efficient PID) more precise than the present detectors as silicon.


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