Fisica al Large Hadron Collider del CERN: l’esperimento ATLAS

Docenti: Giancarlo Susinno Marcella Capua Giovanni Crosetti Laura Larotonda Anna Mastroberardino Marco Schioppa Enrico Tassi

Assegnisti: Salvatore Fazio Daniela Salvatore

Dottorandi: Vincenzo Lavorini Gianfranco Morello Tommaso Venturelli

Tecnici: Franco Pellegrino, Vittorio Romano, Paola Turco

Il gruppo ATLAS dell’UNICAL Anna MastroberardinoUNICAL, 24 maggio 2010

Perchè si studia la fisica delle particelle?

Per tentare di rispondere a domande fondamentali, quali:

• di cosa è fatta la materia che ci circonda?

• quale origine hanno le forze che tengono insieme i componenti della materia?

u

d

u

u

dd

protone

neutrone

1 fermi = 10-15

m

neutroni e protoni contengono “quark” up e down

Cosa sappiamo oggi

Le forze fondamentali I costituenti elementari si legano tra loro attraverso quattro interazioni

fondamentali, quelle che comunemente chiamiamo forze.

Gravitazionale ForteElettrodebole

Vi tiene seduti sulle sedieDecadimenti radioattiviTiene insieme gli atomi

Tiene insieme i nuclei

Gli acceleratori di particelle… i nuovi microscopi

Energie sempre più alte Energie sempre più alte permettono di indagare strutture permettono di indagare strutture

sempre più piccolesempre più piccole

Come si studia la fisica delle particelle

Il CERN a Ginevra

Fondato nel 1954, il CERN è l’organizzazione europea per

la ricerca nucleare ed è il più grande centro mondiale per la fisica delle particelle

Aeroporto di Ginevraacceleratore

LHC

CERN sito principaleAcceleratore SPS

Sito CERN 2

grid

La nuova macchina del CERN:il Large Hadron Collider

LHC è situato al CERN in un tunnel di 27 km di circonferenza, tra 50 e 175 m sottoterra

• Alta energia: √s = 14 TeV (7+7) 7 volte maggiore dell’acceleratore fino ad oggi più potente (Tevatron al Fermilab)→ Ricerca di nuove particelle in regimi inesplorati

• Alta luminosità

L ~ 1034 cm-2 s-1, ~ 100 volte maggiore di Tevatron→ Ricerca di processi rari

La nuova macchina del CERN:il Large Hadron Collider

Tecnologie al limite del possibile

Superconduttività (13kA, 7MJoules)

Vuoto (10-12 Torr)

Criogenia (1.9 K)

Magneti (8-10 T)

ATLAS: A Toroidal LHC Apparatus

L’apparato sperimentale ha una struttura a “cipolla” che copre quasi totalmente l’angolo solido intorno al punto di interazione. Ciò è necessario affinché nessuno dei prodotti della interazione sfugga alla rivelazione.

Le dimensioni dell’apparato sono ragguardevoli: 22 x 44 metri 7.000 tonnellate

Canali elettronici: 108

e 3000 km di cavi …

44 m

22 m

Laboratorio Alte EnergieUnical

Una delle camere costruite all’UNICAL

Le camere montate nello spettrometro per la misura dei muoni

Attività del gruppo

• Commissionamento delle camere di precisione dello spettrometro per muoni al CERN

• Sviluppo e gestione del software di primo livello per il monitoring on line dei sub-detector di ATLAS (GNAM)

• Studio della produzione di quark top

• Studio di particelle neutre a lunga vita media predette da estensioni del modello standard (Hidden Valley)

In questa fase siamo particolarmente attivi nell’analisi dati

Disponibilità di tesi di laureaPer maggiori informazioni contattateci

Link utili: www.cs.infn.it www.cern.ch

Il Large Hadron Collider è entrato in funzione a bassa energia alla fine del 2009.

La notte tra il 30 ed il 31 marzo ha raggiunto una regione finora inesplorata di energia, aprendo un nuovo orizzonte.

Noi c’eravamo, presenti e partecipi a questa nuova fase di esplorazione!

L’avventura è cominciata!

Salvatore Fazio e Vincenzo Lavorini, Fisica, Unical

pT (µ+) = 29.1 GeVη (µ+) = 0.66ETmiss = 24 GeV

mT = 52.5 GeV

Il muone e' ben visibile in ricostruzione, il neutrino dalla misura dell’energia mancante

In questo evento sono visibili due vertici, appartenenti a due collisioni nello stesso “pacchetto” di protoni

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ATLAS e-news12 May 2010

First J/Ψ peak: one more resonance to tick off our list

With as little as 320 inverse microbarns, a clear peak emerges in the muon channel

“ within a few months of collisions the LHC is already able to rediscover particles that took years to discover a few decades ago. So, it appears things are moving forward nicely” The Eternal Universe

Atlas spectrometer

Perché studiare fisica nel più grande acceleratore del mondo?

Questo strumento, il più ambizioso e difficile mai realizzato nella fisica delle alte energie, permetterà di affrontare, e sperabilmente risolvere, quelle che oggi sono le sfide più importanti della Fisica:

• Circa il 30% della massa-energia totale dell’Universo è composto da particelle (Dark Matter) non ancora identificate tra le varie possibili.• Circa il 70% corrisponde ad un’energia associata al vuoto (Dark Energy), della quale si sa solo che esiste, ma non molto di più!• Ignoriamo il meccanismo che dà origine alla massa.• Non sappiamo se le interazioni fondamentali sono manifestazioni di uno stesso fenomeno

LHC modificherà certamente la nostra comprensione della natura.In particolare può dire l’ultima parola sul meccanismo di Higgs

LHC: un progetto da 3 miliardi di euro

Le ricadute sociali della ricerca fondamentale

Gli scienziati hanno trasferito la conoscenza scientifica e la tecnologia necessarie alla sua costruzione all’industria e alla Società, in settori cruciali: Salute, Informatica, Scienza dei materiali, Energia, Ambiente

Salute: mercato per isotopi d’uso in diagnostica prevede aumento annuo del 10% ed una somma totale pari a 4,5 miliardi di euro per il 2020 In 10 anni previsti 30 centri dedicati all’adroterapia; per tali infrastrutture previsti investimenti pari a circa 100 milioni di euro

Informatica: entrate per l’e-business nel 2006 pari a 3000 miliardi di $ previsioni di spesa mondiale nel 2010 per il mercato della grid (genetica e scienze della vita,meteorologia, modellizzazione finanziaria, industrie petrolifere): 19.2 miliardi di $

Attività del gruppo

• Commissionamento delle camere di precisione dello spettrometro per muoni al CERN

• Sviluppo e gestione del software di primo livello per il monitoring on line dei sub-detector di ATLAS (GNAM)

• Studio della produzione di quark top

• Studio di particelle neutre a lunga vita media predette da estensioni del modello standard (Hidden Valley)

In questa fase siamo particolarmente attivi nell’analisi dati

Disponibilità di tesi di laureaPer maggiori informazioni contattateci

Link utili: www.cs.infn.it www.cern.ch

Considerazioni finali“….. il progresso in medicina può parere stregoneria. Ma sposti la tenda e scopri al timone un fisico delle alte energie o un chimico o un ingegnere” Harold Varmus premio Nobel per la medicina

In fisica delle particelle la ricerca fondamentale - migliora la vita di tutti i giorni- è un investimento per il futuro

Vi aspettiamo!