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

Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori Gruppo 1 Fisica agli acceleratori Interazioni e- p (ZEUS) Violazione di CP (NA48 + LHCB) Ricerca di nuova fisica (CMS) Gruppo 2 Fisica non agli acceleratori Raggi cosmici Antimateria nei RC (PAMELA) RC di energia estrema (EUSO) Onde gravitazionali Barre risonanti (AURIGA) Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Magia Cuoricino/Cuore … Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Ma…. 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 Riproducibilità Solo per la Fisica delle particelle, 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 Energie in gioco Collegamenti interdiscplinari Fisica Nucleare SubNucleare Astrofisica Cosmologia Nuovi mezzi tecnici Grandi rivelatori Satelliti Energie elevatissime (>106 ELHC) pp  X Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali 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 Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori Gruppo 1 Fisica agli acceleratori Interazioni e- p (ZEUS) Violazione di CP (NA48 + LHCB) Ricerca di nuova fisica (CMS) Gruppo 2 Fisica non agli acceleratori Raggi cosmici Antimateria nei RC (PAMELA) RC di energia estrema (EUSO) Onde gravitazionali Barre risonanti (AURIGA) Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali 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. Firenze, 4 Febbraio 2004 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-Rűckl-Wyler). 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). 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. Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori Gruppo 1 Fisica agli acceleratori Interazioni e- p (ZEUS) Violazione di CP (NA48 + LHCB) Ricerca di nuova fisica (CMS) Gruppo 2 Fisica non agli acceleratori Raggi cosmici Antimateria nei RC (PAMELA) RC di energia estrema (EUSO) Onde gravitazionali Barre risonanti (AURIGA) Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

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: Firenze, 4 Febbraio 2004 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 Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

LHC: pp collider, 8 TeV + 8 TeV, 2007 Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

LHCb physics goal: High precision tests of CP violation in B meson B hadrons are mostly produced in the forward direction (along the beam) Choose a forward spectrometer 10–300 mrad Both b and b in the acceptance: important for tagging the production state of the B hadron 1012 b(bbar) pairs per year b–b correlation Firenze, 4 Febbraio 2004 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 Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali 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 Two RICH detectors for charged hadron identification Provide > 3s p–K separation for 3 < p < 80 GeV 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 Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Activity in Florence Chamber prototype 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 Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori Gruppo 1 Fisica agli acceleratori Interazioni e- p (ZEUS) Violazione di CP (NA48 + LHCB) Ricerca di nuova fisica (CMS) Gruppo 2 Fisica non agli acceleratori Raggi cosmici Antimateria nei RC (PAMELA) RC di energia estrema (EUSO) Onde gravitazionali Barre risonanti (AURIGA) Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali 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 15 m 21.5 m Magnete superconduttore 4 Tesla Camere μ Drift Tubes + Cathode Strip Chambers + RPC ECAL cristalli PbWO4 Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali 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. Firenze, 4 Febbraio 2004 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). Firenze, 4 Febbraio 2004 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. Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori Gruppo 1 Fisica agli acceleratori Interazioni e- p (ZEUS) Violazione di CP (NA48 + LHCB) Ricerca di nuova fisica (CMS) Gruppo 2 Fisica non agli acceleratori Raggi cosmici Antimateria nei RC (PAMELA) RC di energia estrema (EUSO) Onde gravitazionali Barre risonanti (AURIGA) Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

I Raggi Cosmici (L’altra faccia della medaglia!) LHC Beam Energy LHC CM Energy High Energy Very High Energy Ultra High Energy I Raggi Cosmici (L’altra faccia della medaglia!) Deviazioni da questa legge di potenza nelle regioni del ginocchio (3.1015 eV) caviglia (5.1018 eV) Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Cosa possiamo imparare dai RC? Misure/Effetti sperimentali Informazioni Fisiche Composizione: p  85% He  12% C,N,O  10-2 Fe  10-4 e-  2% e+  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) 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??? 2 campi di ricerca 1) Antimateria nei RC attivi a Firenze 2) Ultra High Energy Cosmic Rays negli ultimi anni Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori Gruppo 1 Fisica agli acceleratori Interazioni e- p (ZEUS) Violazione di CP (NA48 + LHCB) Ricerca di nuova fisica (CMS) Gruppo 2 Fisica non agli acceleratori Raggi cosmici Antimateria nei RC (PAMELA) RC di energia estrema (EUSO) Onde gravitazionali Barre risonanti (AURIGA) Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Antimateria nei RC Esperimento PAMELA Problema cosmologico: simmetria/asimmetria materia/antimateria? 2 ipotesi cosmologiche: L’universo è simmetrico: materia e antimateria occupano dominii differenti L’universo è fatto solo di materia; Condizioni di Sakharov: Violazione numero barionico Violazione CP Non equilibrio termodinamico 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 Firenze [Acceptance ~21 cm2sr] Anticoincidence system Defines acceptance for tracker Plastic scintillator + PMT Binary read-out TRD Threshold device. Signal from e±, no signal from p, p 9 planes of Xe/Co2 filled straws (4mm diameter). Interspersed with carbon fibre radiators  crude tracking. Aim: 102 separation e -vs- p (above 1GeV/c). NB: 106 with calorimeter. Time-of-flight Gives L1 trigger / detects albedos / particle identification (up to 1GeV/c) / dE/dx Plastic scintillator + PMT Timing resolution = 70ps Si Tracker + magnet Measures rigidity 5 Nd-B-Fe magnet segments (0.4T) 6 planes of 300mm thick Si detectors ~3mm resolution in bending view demonstrated, ie: MDR = 740GV/c Si-W Calorimeter Measures energies of e±. DE/E = 15% / E1/2. Si-X / W / Si-Y structure. 22 Si / 21 W  16X0 / 0.9l0 Imaging: EM - vs- hadronic discrimination. Reconstruct long. and transverse shower profile. [Acceptance ~21 cm2sr] Firenze Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Possible increase of the antiproton Flux due to Neutralino annihilation Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori Gruppo 1 Fisica agli acceleratori Interazioni e- p (ZEUS) Violazione di CP (NA48 + LHCB) Ricerca di nuova fisica (CMS) Gruppo 2 Fisica non agli acceleratori Raggi cosmici Antimateria nei RC (PAMELA) RC di energia estrema (EUSO) Onde gravitazionali Barre risonanti (AURIGA) Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

LO SPETTRO DEI RAGGI COSMICI ALLE ENERGIE ESTREME 17 EVENTI PROTONI ? ISOTROPIA ? CLUSTERS ? CUTOFF ? P + g D P p.. GZK 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 Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

EUSO on the ISS : SCHEMA GENERALE EUSO Geometry Detector altitude = 380 km orbital period = 90 min duty cycle = 0.1- 0.2 Total field of view = 60° optics diameter = 2.5 m Geometrical factor = 5 · 105 km2 sr Pixel size = (.8 · .8) km2 background = 500 ph/m2/ns/sr Focal surface (pixels) Fresnel lenses Cosmic ray 30o 0.1o Fluorescence Cherenkov 0.8 km EUSO : Extreme Universe Space Observatory Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori Gruppo 1 Fisica agli acceleratori Interazioni e- p (ZEUS) Violazione di CP (NA48 + LHCB) Ricerca di nuova fisica (CMS) Gruppo 2 Fisica non agli acceleratori Raggi cosmici Antimateria nei RC (PAMELA) RC di energia estrema (EUSO) Onde gravitazionali Barre risonanti (AURIGA) Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

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 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

AURIGA Caratteristiche principali: Alluminio, 2300kg Transducer Electronics wiring support LHe4 vessel Al2081 holder Main Attenuator Compression Spring Thermal Shield Caratteristiche principali: Alluminio, 2300kg lunghezza 3m, diametro 60cm raffreddata a 0.1 K speciali sospensioni Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Trasduttore ottico: lettura delle vibrazioni della barra tramite laser Sensibilità dimostrata a temperatura ambiente Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

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). Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

VIRGO Interferometro ottico con bracci lunghi 3 km Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

La sospensione di Virgo Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

La sensibilità di Virgo Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

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

LISA 3 pairs of “free falling” test masses Spacecrafts 3 pairs of “free falling” test masses ( 3 10-15 ms-2 Hz-1/2 @ 0.1 mHz) Test Masses Telescopes 3 “test-mass follower” shielding spacecraft 2 semi-independent 5 106 km Michelson Interferometers with Laser Transponders ( 40 pm Hz-1/2)  Goal: GW at 0.1 mHz – 0.1 Hz LISA Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Problema delle forze dovute alle cariche elettrostatiche generate dai Raggi Cosmici Firenze Firenze, 4 Febbraio 2004 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 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

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. Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Cosa sono i RC? Astronomia Astrofisica RC Radiazione elettromagnetica: Radio IR Visibile UV X g Particelle cariche: p e- e+ Antiprotoni Nuclei Antinuclei? ??? Particelle neutre: n Onde gravitazionali….. Astronomia Astrofisica RC 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!) Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Spectral Analysis VI1 station: Firenze, 4 Febbraio 2004 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. Firenze, 4 Febbraio 2004 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 resistenza alla radiazione. Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

400 eventi per anno E>1020eV Firenze, 4 Febbraio 2004 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 Firenze, 4 Febbraio 2004 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: 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 Firenze, 4 Febbraio 2004 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 … Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Multi Anode PMTs 200.000 pixels Fresnel lenses Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani