Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Sezione di Firenze

Gruppo I - Fisica delle Particelle

GiacomoSguazzoni

Coordinatore: Giacomo Sguazzoni
Dipartimento di Fisica e Astronomia
Stanza: 203 (I piano, Settore B)
Telefono: 055 / 457 2275
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La Sezione di Firenze dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare contribuisce a quattro degli esperimenti di fisica delle particelle che sfruttano gli acceleratori del CERN a Ginevra, coordinandosi con le altre Sezioni dell'Ente nella Commissione Scientifica Nazionale 1.

Gli esperimenti CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb (LHC beauty experiment), ed LHCf (LHC forward experiment) sono situati lungo l'anello del Large Hadron Collider e studiano prevalentemente collisioni di protoni accelerati all'energia più alta mai raggiunta in laboratorio: 6.5 TeV. L'esperimento NA62 (North Area 62) è invece situato sull'anello iniettore di LHC, chiamato SPS (Super Proton Synchrotron) e studia decadimenti estremamente rari dei kaoni, particelle formate da una coppia quark-antiquark, di cui uno dei due strano.

Le attività svolte dai ricercatori fiorentini nell'ambito della fisica delle particelle spaziano dalla costruzione dei rivelatori fino all'analisi dei dati raccolti. 

L'esperimento CMS

Fotografia dell'inner tracker di CMS, assemlato a FirenzeL'esperimento CMS è uno dei cosiddetti esperimenti general-purpose di LHC. Il suo scopo scientifico, originariamente focalizzato sulla ricerca del bosone di Higgs, scoperto nel 2012, si è oggi diramato in una varietà di studi di precisione e di ricerche di fenomeni fisici non spiegabili dalla teoria del Modello Standard.

Il gruppo CMS della Sezione di Firenze si occupa sia della progettazione e della costruzione dei rivelatori al silicio che registrano il passaggio di particelle cariche nella regione più interna del rivelatore, sia dell'analisi dei dati, focalizzata sulla misura di precisione dei parametri del Modello Standard che descrivono l'interazione elettrodebole.

I ricercatori fiorentini hanno contribuito anche alla definizione degli algoritmi di tracking che permettono di tradurre l'informzione geometrica sui punti attraversati dalle particelle, in informazioni fisiche come la loro quantità di moto. 

Referente: Simone Paoletti (at) fi infn it
Sito Web: https://cms.cern/

  

L'esperimento LHCb

L'esperimento LHCb, simpaticamente definito l'esperimento di bellezza di LHC, è un esperimento dedicato allo studio dei quark pesanti (i quark charm e beauty), prodotti nelle collisioni dei protoni di LHC. Lo studio degli stati legati che coinvolgono quark pesanti permette di misurare con grande precisione alcuni dei parametri del Modello Standard che ne determinano le proprietà ed i meccanismi di decadimento. Le predizioni teoriche su alcune di queste grandezze sono molto precise sia per il Modello Standard che per i modelli teorici che cercano di superarlo ipotizzando nuove particelle o nuovi meccanismi d'interazione. L'esperimento LHCb effetua pertanto una ricerca indiretta di fenomeni oltre il Modello Standard, complementare e competitiva con la ricerca diretta degli esperimenti ATLAS e CMS.

foto7Storicamente, il gruppo di LHCb a Firenze ha contribuito alla costruzione dell'esperimento progettando e costruendo nei laboratori di Sesto Fiorentino i rivelatori per muoni, costituiti da fili di rame tesi in un gas a pressione atmosferica che viene ionizzato dal passaggio dei muoni. Oggi i ricercatori sono impegnati prevalentemente nell'analisi dei dati e nella preparazione dell'upgrade dell'esperimento che avrà luogo a partire dal 2019.

Le attività di analisi si concentrano sulla fisica adronica e sullo studio delle collisioni protone-elio, ottenute iniettando elio a bassissima pressione nel vuoto di LHC e misurando le collisioni dei protoni accelerati con gli atomi di gas. La misura della sezione d'urto di produzione di antimateria in queste collisioni permette di migliorare i modelli teorici che descrivono la componente di particelle di antimateria nei raggi cosmici, che gli esperimenti dedicati riescono a rivelare con sempre maggior accuratezza. Identificare una discrepanza tra la componente di antimateria osservata e quella teoricamente attesa significherebbe aver trovato un'ulteriore prova dell'esistenza della materia oscura nell'Universo e, per la prima volta, ottenere informazioni sui meccanismi d'interazione con la materia ordinaria.

La fisica adronica si concentra sullo studio dei quarkonium lo stato legato di un quark pesante e dell'antiquark corrispondente. Questi stati stanno acquisendo grande importanza dopo la scoperta dei tetraquark e del pentaquark, stati composti rispettivamente da quattro e cinque quark, che decadono molto rapidamente in stati di quarkonium.

Dal primo luglio 2017, il ricercatore fiorentino Giovanni Passaleva è stato eletto Spokeperson dell'esperimento LHCb e sta guidando la Collaborazione verso l'upgrade dell'esperimento.

Referente: Giacomo Graziani (at) fi infn it
Sito Web: http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/

L'esperimento NA62 

SetupNA62

L'esperimento NA62 è l'evoluzione del famoso esperimento NA48 che ottenne importanti risultati nella comprensione delle minime differenze tra materia ed antimateria. L'esperimento NA62 utilizza alcuni dei sottorivelatori di NA48, con l'aggiunta di tecniche moderne per i rivelatori veloci, l'acquisizione e l'analisi dei dati per studiare decadimenti estremamente rari dei mesoni K, o kaoni. Secondo le previsioni del Modello Standard circa un kaone ogni 10 miliardi decade attraverso il canale di decadimento K± → π± ν ν, mentre contributi di fisica oltre il Modello Standard potrebbero incrementare la probabilità di decadimento anche di un ordine di grandezza. La misura accurata della probabilità di un decadimento così raro richiede tecniche sofisticate e ridondanti, oltre che lo studio di un grandissimo numero di mesoni K.

 Il gruppo di Firenze si occupa della costruzione e dello sviluppo del software del rivelatore ad immagine Cherenkov (RICH) che permette di distinguere molto velocemente i pioni cercati nello stato finale ed escludere decadimenti con più di una particella carica nello stato finale. I ricercatori fiorentini contribuiscono anche all'analisi dei dati e alla proposta di analisi innovative con il rivelatore di NA62, come la ricerca diretta di particelle neutre non previste dal Modello Standard.

Referente: Massimo Lenti (at) fi infn it
Sito Web: https://na62.web.cern.ch/na62/Home/Home.html

 

L'esperimento LHCf

lhcf 0

A differenza dei quattro grandi esperimenti installati all'LHC, LHCf è posizionato in linea retta a 140 m dal punto di collisione di ATLAS. In questo modo è in grado di rivelare particelle prodotte “molto in avanti”, analoghe a quelle prodotte nelle cascate dei raggi cosmici. Lo studio del numero di particelle secondarie prodotte e del loro spettro in energia è di fondamentale importanza per cercare di interpretare il meccanismo di interazione dei raggi cosmici primari con i nuclei dell’atmosfera. I modelli attualmente utilizzati per descrivere questi process hanno finora mostrato significative discrepanze tra loro e rispetto ai dati raccolti dall’esperimento LHCf. LHCf fornisce ulteriori informazioni utili a capire quale tra i modelli attualmente in uso è più realistico e permetterne una migliore calibrazione, e avrà un impatto fondamentale per meglio comprendere i misteri legati ai raggi cosmici di altissima energia.

La componente fiorentina dell'esperimento LHCf è predominante e si occupa di una vastissima gamma di operazioni: dalla progettazione del rivelatore, alla presa dati, fino all'analisi dei risultati.

Referente: Oscar Adriani (at) fi infn it
Sito Web: https://home.cern/about/experiments/lhcf

 

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Approfondimenti sulla ricerca in Fisica delle Particelle

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