2. Il Modello Standard del Microcosmo Ricerca del Bosone di Higgs a LHC Pergola Aprile Il Modello Standard (SM) è descritto nelle 3 diapositive seguenti. - LHC e’ il piu’ grande acceleratore esistente : ha una circonferenza di 27 km, vi sono 9600 magneti superconduttori raffreddati a elio liquido a -271°C. LHC e’ un “collisionatore”: i protoni circolano in direzioni opposte e collidono frontalmente: Un fascio di p gira in una direzione e l’altro in verso opposto. Un fascio e’ composto di “pacchetti” di p, con dimensioni trasverse di 1 mm, 1 micron nelle regioni di collisione -I protoni sono accelerati in una serie di pre-acceleratori (Elettrostatico (ES), Lineare, Booster, Protosincrotrone (PS), SPS). -Occorrono 10’ per l’iniezione, 20’ per portare I protoni all’energia massima, dopo di che i preacceleratori sono usati per altri scopi. -LHC e’ stato usato a energie totali di 7 e 8 TeV; nel 2015 sarà a 14 TeV -Il CERN (Laboratorio Europeo per la Fisica delle Particelle) e’ ora un laboratorio mondiale, che ha anche un seggio di osservatore all’ONU.

Pergola Aprile I costituenti ultimi della materia, i mediatori delle forze fondamentali +Bosone di Higgs H, secondo il Modello Standard del microcosmo. I costituenti della materia

Pergola Aprile Le masse dei costituenti ultimi della materia differiscono di molti ordini di grandezza. Questo fatto non e’ spiegato nel M.S.

Pergola Aprile 2013 Il protone, secondo il modello statico a quark, e’ composto dai tre quark quasi puntiformi, u, u, d, ed e’ un sistema praticamente vuoto. Il protone, nel modello dinamico a quark e’ pieno di particelle virtuali, che emergono dal vuoto e restano in vita per tempi brevissimi. 4

Pergola Aprile Schema di LHC e degli esperimenti principali

Schema di LHC: il grande circolo blu in basso indica il tunnel di 27 km di circonferenza fra Svizzera e Francia. Il tunnel si trova a una profondita’ media di 100 m; e’ indicato in giallo il tunnel dell’SPS da dove si iniettano i protoni in LHC e i siti dei 4 esperimenti principali a LHC. Nel tunnel sotterraneo sono posti lunghi magneti superconduttori. Pergola Aprile 20136

Esperimento CMS: campo B=4 T; diametro 15 m, l=21 m; peso=12000 t. Pergola Aprile 20137

8 -ATLAS e’ molto piu’ grande di CMS, ma ha un campo B piu’ piccolo. -ATLAS e CMS hanno un insieme di sottorivelatori eccezionali, finemente segmentati e di altissima risoluzione temporale. -Il sistema di calcolo al CERN e’ eccezionale (Tier0) ed e’ connesso a un insieme di calcolatori (Tier 1, 2 in diversi Stati e Universita’). -ATLAS e CMS hanno quasi 3000 fisici+ingegneri, provenienti da quasi tutti I paesi del mondo, che firmano le pubblicazioni.

Pergola Aprile ATLAS e CMS hanno struttura cilindrica con rivelatori di vertice, calorimetro EM, calorimetro adronico in campo B + rivelatore di muoni

Pergola Aprile Per separare eventi nello stesso “crossing”: elettronica molto veloce, immaganizzo delle informazioni e analisi subito dopo (E’ necessario avere una grande potenza di calcolo).

Pergola Aprile

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Probabilita’ di produzione e decadimento del bosone di Higgs secondo il Modello Standard. Il bosone di Higgs si accoppia con i costituenti di massa piu’ elevata: la coppia gluone+gluone converte in una coppia t+anti t che da’ luogo a H 0, che decade in vari modi. Pergola Aprile

Pergola Aprile Un’analisi piu’ raffinata in probabilità permette di ottenere una precisione molto migliore, purche’ si conoscano bene le efficienze e le caratteristiche di ogni sottorivelatore e i “fondi” attesi in ogni canale di decadimento.

Rapporti dei decadimenti di H Pergola Aprile Conclusioni Alla massa m H0 =126 GeV e’ stata trovata una nuova “struttura” compatibile con il bosone di Higgs del Modello Standard (e’ un bosone perche’ decade in  e in ZZ). Occorre misurare lo spin del nuovo bosone e con maggior precisione i decadimenti. Ricadute pratiche e tecnologiche -Internet e’ stato inventato al CERN -Calcolo, vedi Tier 0, 1, 2, e ora Sviluppo di Cloud Computing -Magneti superconduttori -Tecniche del vuoto spinto -Tecnologie degli acceleratori  acceleratori per scopi medici -Rivelatori molto raffinati