Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni

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Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali • la fisica agli acceleratori

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 ØOltre 70 ricercatori+tecnici coinvolti ØAttività sperimentale tecnologicamente avanzata Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e-

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e- p (ZEUS) • Violazione di CP (NA 48 + LHCB) • Ricerca di nuova fisica (CMS) Raggi cosmici Onde gravitazionali • Antimateria nei RC (PAMELA) • Barre risonanti (AURIGA) • RC di energia estrema (EUSO) • Interferometri ottici (VIRGO/LISA) • Magia • Cuoricino/Cuore • … Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

RC Fisica agli acceleratori Dal 1930 fino al 1950 i RC sono stati il

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+, K 0, L 0, X-, S+ A partire dagli anni 50 gli acceleratori hanno ‘preso il sopravvento’ (anche a Firenze!): • Intensità (Luminosità) • Direzionalita’ • Energia fissata Solo per la Fisica delle particelle, • Riproducibilità 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 1. Energie in gioco Energie elevatissime (>106 ELHC) pp

Anni 90: ritorno ai RC 1. Energie in gioco Energie elevatissime (>106 ELHC) pp X 2. Collegamenti interdiscplinari • Fisica Nucleare • Sub. Nucleare • Astrofisica • Cosmologia 3. Nuovi mezzi tecnici • Grandi rivelatori • Satelliti 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 L

La Fisica agli acceleratori • Acceleratore LEP al CERN-Ginevra (Svizzera) (1989 -2000) (Esperimento L 3) Interazioni e+ e- (45 Ge. V / 45 Ge. V, 100 Ge. V / 100 Ge. V) Fisica della Z 0 e dei W+/W-, verifiche di precisione del Modello Standard • Acceleratore Hera a Desy-Amburgo (Germania) (1993 …) Interazioni e- p (27. 5 Ge. V / 920 Ge. V) • Acceleratore SPS al CERN (Anni 70 …) Fasci di p, p, K 0 (450 Ge. V) • Acceleratore LHC al CERN (2007 …) Interazioni p p (8 Te. V / 8 Te. V) Partecipazione significativa in grosse collaborazioni internazionali Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e-

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e- p (ZEUS) • Violazione di CP (NA 48 + LHCB) • Ricerca di nuova fisica (CMS) Raggi cosmici Onde gravitazionali • Antimateria nei RC (PAMELA) • Barre risonanti (AURIGA) • RC di energia estrema (EUSO) • 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

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

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 (Micro. Vertice, 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’

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+3 B|=0, 2. Possono essere a seconda della massa prodotte in modo risonante (canale s) o contribuire in modo indiretto (canali s e u). Firenze, 4 Febbraio 2004 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. Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e-

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e- p (ZEUS) • Violazione di CP (NA 48 + LHCB) • Ricerca di nuova fisica (CMS) Raggi cosmici Onde gravitazionali • Antimateria nei RC (PAMELA) • Barre risonanti (AURIGA) • RC di energia estrema (EUSO) • Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

NA 48 all’SPS NA 48 è un esperimento CERN dedicato allo studio dei mesoni

NA 48 all’SPS NA 48 è un esperimento CERN dedicato allo studio dei mesoni K K± e K 0(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 NA 48 ha scoperto la Violazione “diretta” di CP nei K 0: particella e antiparticella hanno probabilità di decadimento differenti La violazione “diretta” di CP nei K 0 si parametrizza con: Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Come funziona l’esperimento NA 48? Grazie all’acceleratore SPS del CERN sono prodotti due fasci

Come funziona l’esperimento NA 48? 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 K S (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 Te. V + 8 Te. V, 2007 Firenze, 4 Febbraio

LHC: pp collider, 8 Te. V + 8 Te. V, 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 1012 b(bbar)

LHCb physics goal: High precision tests of CP violation in B meson 1012 b(bbar) pairs per year B hadrons are mostly produced in the forward direction (along the beam) b–b correlation Choose a forward spectrometer 10– 300 mrad Both b and b in the acceptance: important for tagging the production state of the B hadron 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 = m.

Typical B event Need to measure proper time of B decay: t = m. L / pc hence decay length L (typically ~ 1 cm in LHCb) and momentum p from decay products (which have ~ 1– 100 Ge. V) 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

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 Tracking system and dipole magnet to measure angles and momenta Dp/p ~ 0. 4 %, mass resolution ~ 14 Me. V (for Bs Ds. K) Magnetic field regularly reversed to reduce experimental systematics Firenze, 4 Febbraio 2004 Two RICH detectors for charged hadron identification Provide > 3 s p–K separation for 3 < p < 80 Ge. V Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Activity in Florence • INFN of Florence is building about 200 of the 1400

Activity in Florence • 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

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e-

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e- p (ZEUS) • Violazione di CP (NA 48 + LHCB) • Ricerca di nuova fisica (CMS) Raggi cosmici Onde gravitazionali • Antimateria nei RC (PAMELA) • Barre risonanti (AURIGA) • RC di energia estrema (EUSO) • 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

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 Magnete 21. 5 15 m rame + scintillatori m supercondutto re ECAL 4 Tesla cristalli Pb. WO 4 Firenze, 4 Febbraio 2004 Camere μ Drift Tubes + Cathode Strip Chambers + RPC 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

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 m 2 di rivelatori in silicio realizzati con tecnologia

Il tracciatore centrale • 200 m 2 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 Ge. V/c : – misura dei leptoni con ottima risoluzione (canali di nuova fisica); – ricostruzione di risonanze strette; – fisica del B. • sip ~ 10 -20 mm a 100 Ge. V/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

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

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

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e-

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e- p (ZEUS) • Violazione di CP (NA 48 + LHCB) • Ricerca di nuova fisica (CMS) Raggi cosmici Onde gravitazionali • Antimateria nei RC (PAMELA) • Barre risonanti (AURIGA) • RC di energia estrema (EUSO) • 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!) High Energy Deviazioni da questa legge di

I Raggi Cosmici (L’altra faccia della medaglia!) High Energy Deviazioni da questa legge di potenza nelle regioni del • ginocchio (3. 1015 e. V) • caviglia (5. 1018 e. V) Ultra High Energy Very High Energy LHC Beam Energy Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali LHC CM Energy Oscar Adriani

Cosa possiamo imparare dai RC? Misure/Effetti sperimentali Composizione: p 85% He 12% C, N,

Cosa possiamo imparare dai RC? Misure/Effetti sperimentali 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 X 0, 11 l. I) 2 campi di ricerca attivi a Firenze negli ultimi anni Firenze, 4 Febbraio 2004 Informazioni Fisiche 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? ? ? 1) Antimateria nei RC 2) Ultra High Energy Cosmic Rays Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e-

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e- p (ZEUS) • Violazione di CP (NA 48 + LHCB) • Ricerca di nuova fisica (CMS) Raggi cosmici Onde gravitazionali • Antimateria nei RC (PAMELA) • Barre risonanti (AURIGA) • RC di energia estrema (EUSO) • Interferometri ottici (VIRGO/LISA) Interdisciplinarietà Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Antimateria nei RC Problema cosmologico: simmetria/asimmetria materia/antimateria? 2 ipotesi cosmologiche: 1. L’universo è simmetrico:

Antimateria nei RC Problema cosmologico: simmetria/asimmetria materia/antimateria? 2 ipotesi cosmologiche: 1. L’universo è simmetrico: materia e antimateria occupano dominii differenti 2. L’universo è fatto solo di materia; Condizioni di Sakharov: 1. Violazione numero barionico 2. Violazione CP 3. 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

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

Pamela Subdetectors Anticoincidence system TRD • Defines acceptance for tracker • Threshold device. Signal

Pamela Subdetectors Anticoincidence system TRD • Defines acceptance for tracker • Threshold device. Signal from e±, no signal from p, p • Plastic scintillator + PMT • 9 planes of Xe/Co 2 filled straws (4 mm diameter). Interspersed with carbon fibre radiators crude tracking. • Binary read-out Time-of-flight • Gives L 1 trigger / detects albedos / particle identification (up to 1 Ge. V/c) / d. E/dx • Aim: 102 separation e -vsp (above 1 Ge. V/c). NB: 106 with calorimeter. • Plastic scintillator + PMT Si Tracker + magnet • Timing resolution = 70 ps • Measures rigidity Si-W Calorimeter • 5 Nd-B-Fe magnet segments (0. 4 T) • Measures energies of e±. • 6 planes of 300 mm thick Si detectors • Si-X DE/E = 15% / E 1/2. • ~3 mm resolution in bending view demonstrated, ie: MDR = 740 GV/c Firenze, 4 Febbraio 2004 / W / Si-Y structure. • 22 Si / 21 W 16 X 0 / 0. 9 l 0 [Acceptance ~21 cm 2 sr] Firenze • Imaging: EM - vs- hadronic discrimination. Reconstruct long. and transverse shower profile. Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Possible increase of the antiproton Flux Firenze, 4 due Febbraioto 2004 Neutralino Lo studio

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

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e-

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e- p (ZEUS) • Violazione di CP (NA 48 + LHCB) • Ricerca di nuova fisica (CMS) Raggi cosmici Onde gravitazionali • Antimateria nei RC (PAMELA) • Barre risonanti (AURIGA) • RC di energia estrema (EUSO) • 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 ? P +

LO SPETTRO DEI RAGGI COSMICI ALLE ENERGIE ESTREME 17 EVENTI PROTONI ? P + g D P p. . GZK cutoff ? ISOTROPIA ? CLUSTERS ? 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

EUSO : obiettivi scientifici • Misura ad alta statistica dello spettro dei raggi cosmici oltre il limite GZK (E>5 * 1019 e. V); previsti circa 700 eventi/anno con energia E>1020 e. V , 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=1 o • 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 Focal surface (pixels) Detector altitude

EUSO on the ISS : SCHEMA GENERALE EUSO Geometry Focal surface (pixels) Detector altitude = 380 km Fresnel lenses orbital period = 90 min duty cycle = 0. 1 - 0. 2 Cosmic ray 30 o 0. 1 o Total field of view = 60° optics diameter = 2. 5 m Fluorescence Geometrical factor = 5 · 105 km 2 sr Cherenkov Pixel size = (. 8 ·. 8) km 2 background = 500 ph/m 2/ns/sr 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

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

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e-

Gruppo 1 Gruppo 2 Fisica agli acceleratori Fisica non agli acceleratori • Interazioni e- p (ZEUS) • Violazione di CP (NA 48 + LHCB) • Ricerca di nuova fisica (CMS) Raggi cosmici Onde gravitazionali • Antimateria nei RC (PAMELA) • Barre risonanti (AURIGA) • RC di energia estrema (EUSO) • 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

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 Al 2081 holder Main Attenuator LHe 4 vessel Electronics wiring support Thermal Shield

AURIGA Al 2081 holder Main Attenuator LHe 4 vessel Electronics wiring support Thermal Shield Compression Spring Firenze, 4 Febbraio 2004 Transducer Caratteristiche principali: ØAlluminio, 2300 kg Ø lunghezza 3 m, diametro 60 cm Ø raffreddata a 0. 1 K Ø speciali sospensioni 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

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

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 k. Hz 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

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

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

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

Il futuro: LISA è un interferometro spaziale (ESA-NASA) composto da una costellazione di tre

Il futuro: 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

Spacecrafts 3 pairs of “free falling” test masses ( 3 10 -15 ms-2 Hz-1/2

Spacecrafts 3 pairs of “free falling” test masses ( 3 10 -15 ms-2 Hz-1/2 @ 0. 1 m. Hz) 3 “test-mass follower” shielding spacecraft Test Masses 2 semi-independent 5 106 km Michelson Interferometers with Laser Transponders Telescopes ( 40 pm Hz-1/2) Goal: GW at LISA Firenze, 4 Febbraio 2004 0. 1 m. Hz – 0. 1 Hz Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani

Problema delle forze dovute alle cariche elettrostatiche generate dai Raggi Cosmici Firenze, 4 Febbraio

Problema delle forze dovute alle cariche elettrostatiche generate dai Raggi Cosmici 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

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

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

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

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? Radiazione elettromagnetica: Radio IR Visibile UV X g Particelle cariche:

Cosa sono i RC? Radiazione elettromagnetica: Radio IR Visibile UV X g Particelle cariche: p ee+ Antiprotoni Nuclei Antinuclei? ? n ? ? ? Particelle neutre: Astronomia Astrofisica RC Onde gravitazionali…. . 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

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

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 Te. V). • Note that signal >> background for E(antip) 20 Ge. V • 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 VI 1 station: Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari

Spectral Analysis VI 1 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

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;

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. 25 mm. Eccellente prestazioni di rumore e Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani resistenza alla radiazione.

400 eventi per anno E>1020 e. V Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle

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

I raggi cosmici di energia > 100 Me. V attraversano le pareti di LISA,

I raggi cosmici di energia > 100 Me. V 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,

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

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 B 0 J/y KS events/year (current B-factory samples of ~ 2000 events) precision on sin 2 b ~ 0. 02 in one year for LHCb (similar to expected world average precision in 2007) • EExpect ~ 26, 000 reconstructed B 0 p+p- events/year (~ 1000 from B-factory by 2007) • BBut in addition, all b-hadron species are produced: B 0, 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

Multi Anode PMTs 200. 000 pixels Fresnel lenses Firenze, 4 Febbraio 2004 Lo studio delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali Oscar Adriani