Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali: CMS
CMS - Compact Muon Solenoid - è uno dei cinque esperimenti situati al Large Hadron Collider – LHC - del CERN di Ginevra. Progettato per accelerare fasci di protoni fino a 7 TeV, LHC è il più potente collisionatore di particelle mai costruito per lo studio delle particelle elementari. CMS è il frutto di una grande collaborazione cui lavorano attualmente più di quattromila persone provenienti da Università ed Enti di ricerca di tutto il mondo. Gli obiettivi che la Collaborazione si pone spaziano in numerosi ambiti, quali la validazione della teoria di unificazione elettrodebole, la fisica dei quark pesanti bottom e top e del leptone tau, la ricerca di materia oscura, di particelle supersimmetriche ed esotiche. L’esperimento ha finora dato un notevole contributo ai progressi recentemente ottenuti dalla comunità scientifica. Tra i risultati di maggior rilievo si distingue la scoperta del bosone di Higgs, la cui esistenza, prevista fin dagli anni sessanta, è stata confermata il 14 Marzo 2013 durante la conferenza di Moriond.
Il gruppo CMS di Pavia, con il supporto della sezione INFN di Pavia, è attualmente impegnato in diversi ambiti.
Muon System:
- Resistive Plate Chambers: CMS Pavia è stato uno dei gruppi storici impegnato nella realizzazione degli RPC per la rivelazione dei muoni. Attualmente partecipa al mantenimento di tale sistema e ai test di irraggiamento dei rivelatori per quanto riguarda la longevity in vista dell’aumento di luminosità previsto con High Luminosity LHC.
- Gas Electron Multiplier: L’esperimento CMS ha avviato nell’ultimo triennio una serie di modifiche del rivelatore volti ad assicurare le potenzialità di ricerca e di scoperta anche a fronte di condizioni operative sempre più severe programmate per i prossimi anni. Sono pianificati interventi sia sull’apparato strumentale esistente, sia l'installazione di nuovi rivelatori. Il gruppo CMS Pavia è impegnato nel potenziamento del sistema muonico che comprende l’inserimento nelle regioni più vicine alla linea di fascio di nuovi rivelatori basati su tecnologia GEM (Gas Electron Multiplier). Nel gennaio 2017 ha partecipato all’installazione e messa in funzione di un dimostratore GEM e attualmente contribuisce al controllo e verifica delle sue condizione operative. L’attività dei prossimi anni sarà centrata sulla produzione del rivelatori finali e sulla loro caratterizzazione in presenza di elevati flussi di particelle previsti nella regione in cui opererà l’esperimento CMS. In particolare verrà monitorata la risposta dei rivelatori a fotoni e a neutroni in siti opportunamente predisposti del Cern.
Studi di simulazione per l'Upgrade: Il gruppo possiede una forte competenza nella simulazione del “background” diffuso nella caverna di CMS, costituito prevalentemente da neutroni, fotoni, elettroni e positroni, che causano segnali spuri nei rivelatori. Da anni il gruppo studia la risposta delle camere GEM a questo tipo di particelle utilizzando il software di simulazione Geant4. Ha contribuito agli sforzi per sviluppare una strategia per la simulazione del background, che nel tempo è divenuta sempre più solida e comune a tutti i diversi tipi di rivelatori a muoni. Il gruppo ha, inoltre, accompagnato l'R&D e i test beam effettuati sui rivelatori per l'upgrade con simulazioni dedicate. Recentemente l’attività del gruppo ha cominciato ad inserirsi negli studi per lo sviluppo di un sistema di trigger dedicato a nuove stazioni GEM proposte per l'upgrade di CMS previsto nel 2023.
Analisi Dati: Ancor prima che LHC fosse operativo, il gruppo pavese di CMS partecipava già agli studi per la ricerca del bosone di Higgs, analizzando campioni Monte Carlo per stimare le potenzialità di diversi canali di produzione e di decadimento, e per valutare la performance di algoritmi di ricostruzione di particelle. Alcuni degli argomenti trattati erano la produzione di Higgs in associazione a coppie di quark top, la produzione tramite vector boson fusion, e il decadimento dell’Higgs in una coppia di due leptoni tau. Il gruppo è attualmente attivo da un lato nella ricerca di nuova fisica, con un’analisi mirata ad individuare la presenza di bosoni di Higgs carichi, dall’altro nelle misure di precisione del Modello Standard, in particolare nello studio del bosone elettrodebole W.
Staff: Alessandro Braghieri, Paolo Montagna, Cristina Riccardi, Paola Salvini, Paolo Vitulo