ESPERIMENTO MOLTO COMPLESSO Pierluigi Paolucci Liceo Mercalli 2016

ESPERIMENTO MOLTO COMPLESSO Pierluigi Paolucci - Liceo Mercalli 2016 1

Un esperimento molto complicato Il bosone di Higgs • Particella elementare invisibile ad occhio nudo • Predetta teoricamente, ma esiste davvero ? • Non sappiamo quale sia la sua massa (o quasi) • Se esiste ha una bassissima probabilità di essere generata in una collissione tra due protoni di altissima energia. – Sappiamo come riconoscerla – Dobbiamo fare tantissimi (miliardi) esperimenti (collisioni) per sperare di generarla e vederla poche volte Pierluigi Paolucci - Liceo Mercalli 2016 2

Il Large Hadron Collider Ginevra LHC-b CERN Atlas Alice CMS Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 3

Test e istallazione dei magneti Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 4

LHC è una meraviglia delle tecnologia I protoni viaggiano nel vuoto spinto pari a quello delle spazio interplanetario. La pressione interna è di 10 -13 atm, dieci volte inferiore a quella sulla luna! Quando due fasci di protoni collidono generano una temperatura 100. 000 volte quella del sole, il tutto concentrato in uno spazio infinitesimale. I dipoli lavorano a 8. 3 T & -271. 3°C in elio superfluido 1012 protoni percorrono 11. 245 volte al secondo LHC, viaggiando al 99. 99% la velocità della luce. Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 5

L’acceleratore LHC – lungo 27 Km Per costruire i magneti di LHC sono stati necessari 750. 000 km di filo superconduttore, una lunghezza sufficiente per avvolgere il filo 6 volte intorno alla terra. Migliaia di miliardi di filamenti di niobio-titanio sono stati usati per creare ogni filo: essi sono spessi circa 7 millesimi di millimetro, cioè 10 volte più sottili di un capello umano. Allineando tutti i filamenti uno dopo l'altro si coprirebbe una distanza pari a più di 10 volte quella tra la terra e il sole. L’Italia ha costruito una grande parte dei magneti dei cavi e dell’elettronica 6 Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN

Cosa deve saper fare CMS ? Ora che abbiamo la macchina acceleratrice capace di produrre 109 collisioni p-p al secondo cosa deve fare l’apparato sperimentale ? 1. Saper identificare, fotografare (digitale) e salvare (su computer) tutti gli eventi “interessanti” che sono circa 1000 al secondo. 1. Ma come sono questi eventi noti e non noti da rivelare ? Che struttura hanno ? Che particelle contengono ? Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 7

Installazione del tracciatore (dec 2007) Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 8

Acquisizione dati e trigger � Gli esperimenti ad LHC sono enormi “macchine fotografiche” tridimensionali da circa 100 Mega-pixel � Le collisioni tra protoni sono ~ 1 miliardo al secondo � Ma gli esperimenti possono registrare non più di 1000 eventi al secondo � Elettronica sofisticata per selezionare al volo gli eventi interessanti Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 9

Computing e analisi dati � I dati acquisiti ammontano a circa 10 -15 Peta-byte l’anno � LHC dovrà usare molti centri di calcolo distribuiti sull’intero pianeta � Il CERN ha sviluppato il World Wide Web (WWW) permettere lo scambio di documenti tra scienziati � Per LHC è stato sviluppato il sistema di calcolo distribuito GRID Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 10

Analisi dati � Dalla teoria sappiamo che riuscissimo a produrre un bosone di higgs questo poi: � Potrebbe trasformarsi in altre particelle Z e W che � A loro volta di trasformano in muoni, elettroni e particelle note. � Grazie a potentissimi computer ricostruiamo tutte le particelle prodotte in ogni collisione e poi “a ritroso” vediamo se c’era un Higgs. � Un evento su miliardi Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 11

Foto di un evento con bosone di Higgs Pierluigi Paolucci - Istituto di Fisica Nucleare di Napoli e CERN 12