Proposte di Tesi in Fisica delle Particelle

Lo studio delle collisioni di altissima energia nella regione in avanti e' fondamentale per la calibrazione e la validazione dei modelli che descrivono la formazione di sciami adronici nelle collisioni dei raggi cosmici di altissima energia con i nuclei atomici presenti in atmosfera. I prodotti secondari piu' energetici generati negli sciami atmosferici viaggiano infatti a piccolissimo angolo rispetto alla linea di collisione.

L'universita' di Firenze e la sezione INFN di Firenze sono tra i gruppi proponenti e realizzatori del progetto LHCf ad LHC, un esperimento dedicato allo studio nella regione estremamente forward delle collisioni ad LHC. LHCf è l'unico esperimento al mondo ad acceleratore in grado di fare misure molto precise di singole particelle nella regione in avanti. I gruppi fiorentini sono responsabili di uno dei due rivelatori che costituiscono l'esperimento LHCf.

Nel giugno 2019 la collaborazione LHCf ha presentato un Technical Proposal alla commissione LHCC per proporre due nuove prese dati, la prima all'inizio del 2021 in occasione della riaccensione dell'LHC dopo il lungo periodo di shutdown in corso, durante il quale verranno eseguiti gli upgrade degli apparati sperimentali e dell'acceleratore, la seconda nel 2023. La presa dati nel 2021 riguarderà collisioni protone+protone (p+p) all'energia massima nucleone-nucleone disponibile all'LHC, 14 TeV. La presa dati nel 2023 è invece un'opportunità completamente nuova, in quanto potrebbe consentire di effettuare una misura in collisioni protone+ioni di ossigeno (p+O), accedendo quindi direttamente ai prodotti secondari emessi nella prima interazione di un reale sciame atmosferico.

Le minute della riunione dell'LHCC ( https://cds.cern.ch/record/2677179/files/LHCC-138.pdf ) riportano i giudizi positivi riguardo alla proposta.

Il documento ( http://cds.cern.ch/record/2679323 ) e' stato infine approvato dal Research Board del CERN, 

Le attivita' del gruppo di LHCf riguardano attualmnte sia la l'upgrade degli apparati che l'analisi dei dati.

Uno studente interessato puo' partecipare a varie attivita':

• Studio della formazione di pioni neutri, mesoni eta e K a piccolissimo angolo in collisioni p+p e p+O ad LHC
• Progettazione, realizzazione e test della nuova elettronica di readout del sistema tracciante di rivelatori al silicio a microstrisce
• Partecipazione a test dei rivelatori con fasci di particelle previsti a partire dal 2021
• Partecipazione alla presa dati ad LHC nel 2022 o 2023 e alle relative fasi di analisi dati

Referenti: oscar.adriani@fi.infn.it   lorenzo.bonechi@fi.infn.it   raffaello.dalessandro@fi.infn.it

The CMS analysis group in Florence is active in the study of the Higgs boson decaying to W boson pairs. This channel has a very large cross section and is thus very important for a precise determination of the Higgs couplings, but it has large backgrounds, espetially when addressing rare production mechanisms such as associated production with a vector boson or vector boson fusion.

The student joininig this project will study the use of deep learning techniques to achieve better signal/background separation. He/She will work in collaboration with the group, using the available ROOT based framework for data and simulation and will study how to plug-in deep neural network tools such as Keras and Tensor-Flow. He/She will study in particular the extraction of the elusive vector boson scattering Higgs production mechanism.

Contact: Piergiulio Lenzi piergiulio.lenzi@cern.ch

A new generation of pixel ionizing radiation detectors is emerging and is going to play a major role in the high luminosity upgrade of the CMS experiment at LHC. These detectors feature columnar implantations, reaching deep in the silicon substrate. They are much more radiation resistant than traditional planar pixels. The electric field is parallel to the surface of a 3D sensor, so the charge carriers produced by the passage of a ionizing particle move orthogonally to the active depth of the silicon. The distance between electrodes is smaller than the active depth, so the bias voltage needed to fully deplete a 3D sensor from the majority carriers is low (compared to a planar sensor), and allows to operate these detectors even after high levels of radiation.

The student will engage in the CMS group activities in the study and charachterization of the 3D pixel sensors. He will also engage in the activities related to the integration of these sensor in the tracker and in the study and development of their readout and powering infrastructure.

Referenti: Marco Meschini meschini@fi.infn.it, Giacomo Sguazzoni giacomo.sguazzoni@cern.ch