Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali: ATLAS
ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS) è uno dei due grandi apparati sperimentali preparati per lo studio delle collisioni protone-protone al Large Hadron Collider (LHC) del CERN, la più potente macchina acceleratrice per ricerche di fisica subnucleare. ATLAS è concepito come un rivelatore di indirizzo generale. Quando i due fasci di protoni accelerati da LHC collidono, nel centro del rivelatore, viene prodotta una grande varietà di diverse particelle in un grosso intervallo di energia. Più che focalizzarsi su un particolare processo fisico, ATLAS è concepito per identificare e misurare la più vasta gamma di possibili segnali. Questo al fine di assicurare che, qualunque caratteristica un nuovo processo fisico o una nuova particella possa avere, ATLAS sia in grado di rivelarli e misurare le loro proprietà (tracce, energie e identità delle particelle prodotte). Il vasto programma di fisica di ATLAS spazia dalla ricerca del bosone di Higgs, ai possibili scenari oltre il Modello Standard, fino all'esplorazione di candidati per la materia oscura. La Collaborazione ATLAS è formata da circa 2500 fisici di 169 Istituti di ricerca e Università provenienti da 37 nazioni distribuite sui cinque continenti. Il gruppo ATLAS di Pavia conta al momento 11 membri più numerosi studenti e dottorandi. E' uno dei gruppi fondatori dell'esperimento, coinvolto fino dalle prime fasi di design, nella progettazione e nella realizzazione di uno dei suoi sottoapparati, lo Spettrometro a Muoni, e nello sviluppo della complessa architettura di trigger. Attualmente il gruppo è attivo su vari fronti, dal monitoring dell'apparato alla analisi dei dati, ed è impegnato anche nella progettazione e nella costruzione di nuovi detector che verranno montati sull'esperimento nelle successive fasi di presa dati. Grazie a questa diversificazione di attività al'interno del gruppo di Pavia, è possibile offrire una ampio spettro di scelta per tesi (di laurea e di Dottorato) e opportunità lavorative, sempre in contatto con il CERN di Ginevra.
Higgs Studies Il gruppo di Pavia è coinvolto nella ricerca del bosone di Higgs da numerosi anni, ed ha partecipato alla scoperta della risonanza Higgs-like a 125 GeV nel canale H->ZZ->4l. Durante l'ultimo periodo, il contributo più rilevante è consistito nella significativa partecipazione ad uno sforzo comune a tutti gli esperimenti LHC per produrre risultati unificati per sezioni d'urto, branching ratio ed altri osservabili e pseudo-osservabili connessi con la fisica del bosone di Higgs previsto dal Modello Standard e dai Modelli Supersimmetrici. L'obiettivo del progetto è quello di fornire previsioni teoriche unificate per ATLAS e CMS (il secondo esperimento 'general-purpose' in funzione ad LHC) per facilitare il confronto e l'unificazione dei risultati (D. Rebuzzi). Il gruppo di Pavia ha da sempre contribuito allo studio e alla validazione dei codici MonteCarlo in ATLAS: sviluppo e mantenimento dei codici di generazione, preparazione di campioni MonteCarlo, validazione degli stessi (G. Polesello, D. Rebuzzi). Di recente parte del gruppo ATLAS Pavia (G. Polesello, D. Rebuzzi) è impegnato anche nello studio del Vector Boson Scattering (EU COST Action VBSCan) che aiuterà a fare chiarezza sul settore elettrodebole del Modello Standard e sulla rottura spontanea di simmetria.
SUSY Analysis Unitamente alla misura delle proprietà (spin, parità, struttura tensoriale, etc.) della risonanza a 125 GeV scoperta il 4 luglio 2012, la ricerca di fisica oltre il Modello Standard rappresenta l'attuale obiettivo sia di ATLAS che di CMS. Il gruppo di Pavia ha una lunga e robusta storia nell'investigazione delle Supersimmetrie (SUSY), una dei principali teorie che descrivono una possibile nuova fisica. Il gruppo di analisi SUSY locale (G. Polesello, G. Gaudio), che lavora in stretta connessione con altri gruppi SUSY in ATLAS-Italia, ha un ruolo chiave in questo ramo di ricerca. Al momento l'attività principale è rappresentata dalla ricerca di partner supersimmetrici del quark top nei dati ad 8 TeV nel centro di massa raccolti nel corso del 2012 e nell’analisi per la ricerca di Dark Matter. Il gruppo lavora anche, in parallelo, all'analisi SUSY in vista della futura fase di data taking a 13 TeV, che a partire dal 2017 aprirà nuove finestre sulle possibilità di scoperta di nuova fisica.
MicroMegas Upgrade LHC e i suoi esperimenti prevedono nei prossimi anni fasi alterne di presa dati e d'aggiornamento strumentale, al fine d'aumentare la quantità di dati raccolti e rendere i rivelatori adatti alle nuove condizioni sperimentali. ATLAS ha deciso che dal 2018 anche lo spettrometro muonico in avanti venga rifatto con delle NSW (New Small Wheel), costituite da sTGC (small Thin Gap Chamber) per il trigger e da MM (MicroMegas) per il tracciamento. Il gruppo di Pavia (R. Ferrari, G. Gaudio, G. Introzzi, A. Lanza, M. Livan) è fortemente coinvolto -- sia a livello di messa a punto sia di costruzione -- nella realizzazione dei rivelatori MicroMegas, che verranno installati nella parte dello spettrometro muonico più esposta alle particelle incidenti.
Trigger, DAQ I risultati di fisica di un esperimento della complessità di ATLAS dipendono in maniera cruciale dall'efficienza e dall'affidabilità del sistema di trigger e acquisizione dati, che ha il compito di selezionare e salvare solo gli eventi di collisione protone-protone giudicati più interessanti, riducendo il rate da 40 MHz a circa 1kHz. Il gruppo ATLAS di Pavia ha preso parte allo sviluppo, implementazione e al mantenimento dell'attuale sistema di trigger di ATLAS ed è impegnato nel progetto di upgrade previsto per la prossima fase di presa dati (R. Ferrari, A. Lanza, A. Negri, V. Vercesi). Le principali aree di attività al momento coprono il sistema di data flow e la ricerca e lo sviluppo di FastTracker (FTK), un nuovo sistema di trigger ad alto parallelismo basato su memorie associative, che consente la ricostruzione di tracce ad alta qualità in pochi microsecondi.
Staff: Roberto Ferrari, Gabriella Gaudio, Gianluca Introzzi, Agostino Lanza, Michele Livan, Andrea Negri, Giacomo Polesello, Daniela Rebuzzi, Adele Rimoldi, Valerio Vercesi