Fisica del modello standard (misure di precisione e di processi rari)

Misure delle proprietà del bosone di Higgs con l’esperimento CMS
La scoperta del bosone di Higgs, annunciata dalle collaborazioni ATLAS e CMS nel 2012, rappresenta una pietra miliare nella comprensione del settore elettrodebole del Modello Standard (Standard Model, SM) delle particelle elementari, e ne conferma la piena validità. La presenza del bosone di Higgs ha determinato l'inizio di una nuova serie di misure, volte a determinare con la maggiore precisione possibile gli accoppiamenti del bosone di Higgs con le altre particelle dello SM. La misura della costante di accoppiamento del bosone di Higgs ai fermioni, ed in particolare a quelli  di "seconda generazione" come i muoni ed i quark charm, è probabilmente la sfida di maggior impatto tra le misure possibili nel settore dell'Higgs:  infatti, una discrepanza tra la misura sperimentale di un processo che coinvolge tale accoppiamento e la predizione del Modello Standard implicherebbe la presenza di "Nuova Fisica".
Contatti : Ugo Gasparini, Mia Tosi
Sito web:  CMS

Fisica elettrodebole con l’esperimento LHCb
L’esperimento LHCb è l’unico esperimento a LHC a rivelare le particelle prodotte nelle collisioni tra protoni nella regione in avanti. Questo permette di fare delle misure di sezione d’urto di processi previsti dal Modello Standard in uno spazio delle fasi unico, e di conseguenza rappresenta un importante test del Modello Standard e di fornire importanti informazioni sulla struttura interna dei protoni.
Contatti : Donatella Lucchesi, Davide Zuliani, Gabriele Simi

Misure di precisione con l’esperimento MUonE
La misura del momento magnetico anomalo del muone, (g-2)_\mu, è attualmente in tensione con la predizione del Modello Standard per oltre 4 deviazioni standard.
Attraverso lo studio dello scattering di muoni di alta energia su elettroni in una targhetta è possibile misurare con altissima precisione la componente adronica del running della costante di accoppiamento elettromagnetico, e quindi ridurre l’incertezza teorica sul momento anomalo del muone.
Contatti : Franco Simonetto
Sito web: MUonE

  Ricerca di segnali di fisica oltre il modello standard

La ricerca più tradizionale di segnali di nuova fisica si avvale di modelli teorici che prevedono le caratteristiche peculiari dei processi fisici coinvolti. Tuttavia questi modelli non esauriscono la totalità delle segnature sperimentali che possono permettere a nuovi processi di manifestarsi. La grande quantità di possibili segnature necessita di strumenti automatici per analizzare rapidamente un grande numero di dati. Algoritmi basati su tecniche di machine learning permettono di evidenziare anomalie che potenzialmente sono prodotte da nuovi processi fisici.
Contatti : Marco Zanetti
Sito web:CMS

  Fisica con quark pesanti

Lo studio della produzione di adroni con quark b e c, del loro decadimento e della loro evoluzione temporale permette di acquisire una profonda conoscenza delle interazioni elettrodeboli e della cromodinamica quantistica. Infatti, una o più discrepanze tra le misure sperimentali e le predizioni del Modello Standard potrebbero essere attribuite a fenomeni di "Nuova Fisica" attualmente fuori portata dalle ricerche dirette che sfruttano collisioni tra protoni ad altissima energia.

Misure di violazione di CP con gli esperimenti Belle2, LHCb e CMS
Lo studio della violazione della simmetria discreta di coniugazione di carica, CP, è uno dei requisiti per spiegare l'asimmetria barionica osservata nell’Universo attuale. Nel Modello Standard questa asimmetria è prevista e parametrizzata da parametri sperimentalmente misurabili attraverso lo studio di decadimenti degli adroni con quark pesanti.
Belle2
Contatti : Alessandro Gaz, Roberto Stroili
Sito web:  BelleII
LHCb
Contatti : Federica Borgato
Sito web: LHCb
CMS
Contatti : Martino Margoni, Franco Simonetto
Sito web:CMS

Test dell’universalità leptonica con l’esperimento LHCb
L’universalità leptonica prevede che i tre leptoni (elettroni, muoni e tauoni) abbiano interazioni del tutto identiche, fatta eccezione per effetti dovuti alla differenza di massa. Lo studio di decadimenti di barioni con quark b in leptoni permette di testare con precisione il Modello Standard, ed eventualmente evidenziare la presenza di nuova fisica.
Contatti : Gabriele Simi
Sito web: LHCb

  Massa e natura dei neutrini

Le oscillazioni dei neutrini hanno stabilito che i neutrini hanno massa. Tuttavia, rimangono irrisolti tra i molti problemi sia la scala assoluta della massa del neutrino che la sua natura (di Dirac o di Majorana). Il decadimento beta senza emissione di neutrini può fornire informazioni preziose su entrambe le questioni.

Misura della massa dei neutrini con l’esperimento LEGEND
L'esperimento LEGEND (Large Enriched Germanium Experiment for Neutrinoless ββ Decay) ricerca il decadimento senza emissione di neutrini utilizzando l'isotopo 76 del germanio. Nella sua prima fase, chiamata LEGEND-200, l'esperimento impiega 200 kg di 76-Ge ed è posto nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN. Supponendo che il processo cercato avvenga attraverso lo scambio di neutrini massivi di Majorana, l'esperimento è sensibile fino a masse effettive attorno a 0.027-0.064 meV. Il setup sperimentale di LEGEND-200 permette pure di sviluppare e provare le  tecniche sperimentali necessarie per un futuro esperimento (LEGEND-1000) che tenti di sondare valori di massa del neutrino nella regione della gerarchia inversa (O(10) meV).
Contatti : Riccardo Brugnera, Alberto Garfagnini
Sito web: LEGEND

Misura della massa dei neutrini con l’esperimento JUNO
L’esperimento JUNO, situato in un laboratorio sotterraneo nel sud della Cina, è il più grande rivelatore a scintillatore liquido mai costruito per la fisica dei neutrini. JUNO, misurerà con una precisione senza precedenti l’energia dei neutrini prodotti dalle vicine centrali nucleari, ciascuna ad una distanza di 53 km dall’esperimento. Permetterà di fare luce sulla struttura delle masse dei tre neutrini conosciuti, determinando quella che viene chiamata la “gerarchia di massa” dei neutrini.
Contatti : Alberto Garfagnini, Marco Grassi
Sito web: JUNO

  Studio delle oscillazioni dei neutrini

Le oscillazioni di “sapore” dei neutrini consistono in un cambiamento tra i tre tipi conosciuti di neutrino (elettronico, muonico e tauonico) che avviene quando i neutrini vengono rivelati dopo aver percorso distanze dell’ordine di centinaia o migliaia di km, tipicamente passando nel sottosuolo. Scoperte nel 1998 sono la prima evidenza del fatto che i neutrini sono particelle con massa (seppur incredibilmente piccola rispetto alle altre particelle). Al DFA questo fenomeno viene studiato dagli esperimenti JUNO, T2K-Hyper-Kamiokande e ICARUS-DUNE ed ENUBET.

Studio delle oscillazioni dei neutrini con l’esperimento JUNO
L’esperimento JUNO è un grande rivelatore a scintillatore liquido all’avanguardia per la fisica dei neutrini. JUNO, misurerà con una precisione senza precedenti l’energia dei neutrini prodotti dalle vicine centrali nucleari, ciascuna ad una distanza di 53 km dall’esperimento. Grazie alla massa attiva di 20,000 tonnellate di scintillatore liquido, sarà in grado di determinare la gerarchia di massa dei neutrini, uno dei problemi ancora irrisolti nel settore della fisica dei neutrini.
Contatti: Alberto Garfagnini, Marco Grassi
Sito web: JUNO

Studio delle oscillazioni dei neutrini con l’esperimento T2K
T2K studia come i neutrini cambiano tipo (“sapore”) viaggiando per 295 km dalla costa del Pacifico fino alle alpi giapponesi. Lì, sotto le montagne, è presente Super-Kamiokande: un enorme serbatoio cilindrico di ~ 40x40x40 m3, riempito d’acqua ed equipaggiato con rilevatori di luce molto sensibili per misurare le caratteristiche dei neutrini.  Nel cuore delle alpi Giapponesi è in costruzione una versione maggiorata del rivelatore (Hyper-Kamiokande) che permetterà` di rispondere alla domanda sul fatto che in neutrini rispettino un’importante simmetria delle leggi della natura (la cosiddetta simmetria CP). Sarà inoltre in grado di misurare neutrini da supernovae, dal Sole e dall’atmosfera e di stabilire fino a che punto possiamo esser certi che la materia di cui siamo fatti (i protoni in particolare) siano o meno particelle stabili.
Contatti: Gianmaria Collazuol
Sito web: T2K, Hyper-Kamiokande

Studio delle oscillazioni dei neutrini con l’esperimento DUNE
DUNE è un immenso rivelatore in costruzione negli US (il più grande mai costruito con argon liquido). Servirà per capire se i neutrini e le loro antiparticelle hanno comportamenti uguali tra loro o meno. Questo potrebbe rivelare il meccanismo per cui nell’attuale universo la materia è presente in misura largamente maggiore dell’antimateria. DUNE inoltre determinerà precisamente la struttura delle masse dei neutrini. ICARUS è la prima dimostrazione su larga scala delle capacità dei rivelatori per i neutrini, realizzati con argon liquido, proposti per la prima volta nel 1977 da Carlo Rubbia. Dopo aver operato al Gran Sasso, è ora in funzione al Fermilab (Chicago, US) per la ricerca di un nuovo tipo di neutrino, ancora più sfuggente di quelli che già conosciamo.
Contatti: Daniele Gibin
Sito web:DUNE, ICARUS

Ottimizzazione dei fasci di neutrini con il progetto ENUBET
ENUBET è un progetto che mira a creare un’innovativa sorgente di neutrini caratterizzata da un’eccellente controllo dell’intensità. È finanziato dal prestigioso European Research Council (ERC). L’idea innovativa di ENUBET è quella di trasformare la regione molto “calda” in cui vengono prodotti i neutrini in un grande rivelatore di particelle per “contare” i neutrini emessi.
Contatti: Andrea Longhin
Sito web:ENUBET

  Selezione e acquisizione dei dati

La mole di dati prodotta dagli esperimenti che rivelano le collisioni all’acceleratore LHC è superiore a centinaia di migliaia di miliardi di byte. Non potendo salvare ed analizzare tutta questa mole di informazioni, sofisticati e veloci algoritmi di ricostruzione, calibrazione, selezione e gestione dei dati viene sviluppata su CPU, GPU e FPGA.
LHCb
Contatti : Alessandro Bertolin
Sito web: LHCb
CMS
Contatti : Andrea Triossi, Mia Tosi
Sito web: CMS