L'esperimento LHCb al CERN è ottimizzato per lo studio dei decadimenti di adroni pesanti, cioè composti da quark b oppure c. Le collisioni tra i protoni accelerati dal Large Hadron Collider (LHC) producono decine di milioni di adroni pesanti ogni secondo. Gli adroni pesanti decadono quasi immediatamente in elettroni, muoni, pioni, kaoni e protoni che interagendo con il rivelatore permettono di individuare i decadimenti e di studiarne le proprietà. Sfortunatamente, elettroni, muoni, pioni, kaoni e protoni vengono prodotti molto abbondantemente anche in processi indipendenti dagli adroni pesanti. Individuare le combinazioni di particelle provenienti da decadimenti richiede tecnologie computazionali all'avanguardia e grandi risorse di calcolo.
In questo contesto, esistono diversi argomenti che possono essere oggetto di tesi di laurea sia triennali e che magistrali.
- Modelli generativi per la simulazione veloce. Sviluppare algoritmi di selezione in grado di identificare e classificare decadimenti ha come prerequisito fondamentale la simulazione della risposta del rivelatore quando i diversi decadimenti si manifestano. Mentre simulazioni complete dell'evento di decadimento richiedono diversi mesi di CPU per campioni statisticamente rilevanti, si possono adottare tecniche di simulazione veloce che, a fronte una più scarsa affidabilità, permettano di ottenere campioni di dati simulati per studi preliminari in pochi minuti. Queste tecniche possono basarsi su reti neurali.
- Identificazione e classificazione del decadimeto. Si possono utilizzare reti neurali per classificare i decadimenti di adroni b a seconda del modo di decadimento. La tecnica, ancora in via di sviluppo, si basa su diversi moduli composti da reti neurali semplici connessi a strati (layer) successivi.
- Ricostruzione e identificazione dei muoni. Tecniche basate su algoritmi di intelligenza artificiale possono essere adottate nella ricostruzione a basso livello della traiettoria dei muoni. L'idea alla base di questi studi è di quella ottenere risultati compatibili con algoritmi tradizionali, ma in tempi molto più rapidi per poterne trarre il massimo vantaggio nella ricostruzione in real time, cioè durante la presa dati.
L'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare prevede un contributo mobilità per gli studenti dei Corsi di Laurea Magistrale in Fisica, Informatica ed Ingegneria Informatica che trascorrano un periodo al CERN nell'ambito di questi studi.
Inoltre, l'INFN bandisce ogni anno il premio nazionale "Giulia Vita Finti" per Tesi di Laurea Magistrale su tematiche che riguardino il calcolo per la ricerca di base.
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Tesi unifi sull'argomento, già completate:
- Tommaso Mazzoni, Identificazione di muoni nell'esperimento LHCb mediante ricostruzione di tracce con reti neurali ricorsive, CdLM Fisica [link]