Università “La Sapienza” Sezione INFN di Roma 1 Gli ... · Gli esperimenti della ... KLOE sta...

1Claudio Luci – 25 maggio 2004

Claudio LuciUniversità “La Sapienza”

eSezione INFN di Roma 1

Gli esperimenti della Sezione agli Acceleratori

(Esperimenti di Gruppo 1)

Esperimenti in presa dati

•BABAR [PEP-II – SLAC] (F.Ferroni)

•CDF [Tevatron – FNAL] (C.Dionisi)

•KLOE [DaΦne – LNF] (G.De Zorzi)

•ZEUS [Hera – DESY] (A.Nigro)

Esperimenti in costruzione

• ATLAS [LHC-CERN] (G.Ciapetti)

•CMS [LHC-CERN] (M.Diemoz)

•LHCb [LHC-CERN] (R.Santacesaria)

•MEG [ABE-PSI] (D.Zanello)


Acceleratori nel Mondo(dove ci sono esperimenti della sezione)

SLAC

FNAL

CERN

LNF

DESY

San Francisco

Chicago

Frascati

Amburgo

Ginevra

PSI Zurigo


Linee Principali di RicercaViolazione della simmetria CP nel sistemadei mesoni K, fisica del K, fisica adronica --- KLOE

Violazione della simmetria CP del sistema dei mesoni B, fisica del B. --- BABAR, CDF, LHCb

Fisica del top (alto pt) --- CDF

Diffusione profondamente anelastica. --- ZEUS

Ricerca di fenomeni rari. --- MEG

Ricerca di nuove particelle (bosone di Higgs, etc…). ---ATLAS, CMS, (CDF, ZEUS)


Progetto 2002

Numero di pacchetti 120 51

Corrente per pacchetto (mA) 40 20

Luminosita’/pacchetto (1030 cm-2s-1) 4.4 1.5

Luminosita’ di picco (1032 cm-2s-1) 5.3 0.75

1 Marzo 1999: Prime collisioni e+ e-

1999: 2.5 pb-1

2000: 25 pb-1 7.5 x 107 φ2001: 190 pb-1 5.7 x 108 φ2002: 300 pb-1 9.0 x 108 φLuminosita’ raccolta in pb-1

Dopo 500 pb-1 raccolti (2001-2002) e 1 anno e ½ di sosta, KLOE sta ripartendo per la nuova fase di circa 1 anno di presadati 2 fb-1

DAΦNECollisioni e+e- a √s = M(φ) = 1019.4 MeV “fabbrica” di φ

σφ∼3 µb

φ K+K- 49.2% fisica dei K / violazione di CP e CPT KSKL 33.8% “π+π−π0 15.5% parametri della ρηγ , π0γ, η’γ 10-2 10-4 decad. radiativi fisica dei mesoniππγ, ηπγ 10-4 10-5 “

e+e− → π+π−γ σ(e+e− → π+π−) vs. W 280 < W < 1020 MeV


KLOE / Roma-1 2004Ricercatori e Tecnologi

Cesare BINI, Valerio BOCCI, Rita CALOI, Guido DE ZORZI, Antonio DI DOMENICO, Paolo FRANZINI, Paolo GAUZZI, Francesco LACAVA, Enrico PASQUALUCCI, Emilio PETROLO, Ludovico PONTECORVO, Paolo VALENTE, Stefano VENEZIANOAssegnisti di ricercaErika DE LUCIA, Claudio GATTI DottorandiMarianna TESTALaureandi

Antonio DE SANTIS, Roberta Volpe

Attuali attivita’ del gruppo di Roma-1

Attivita’ sul rivelatore:Calorimetro: interventi hardware,

calibrazione online Camera a deriva: interventi hardware DAQ: gestione dello slow-control

Analisi dati:Decadimento K± π± π0 / µ± νDecadimenti semileptonici del KS Interferometria dei mesoni K neutriDecadimenti radiativi della φ nei mesoni scalari f0(980) e a0(980)Decadimento η π0 γ γProprieta’ dei mesoni ρ dal decadimento φ π+π−π0

•Camera a deriva centrale•Calorimetro elettromagnetico•Solenoide superconduttore

KLOE


Standard Modelpredicts large CP violating asymmetries for B mesons

CP violation predicted in many (often v.rare) decays

need large samples of Bd, Bu, Bs mesons, B baryonsNeed consistency checks

Motivazioni

Unitarity TrianglesUnitarity Triangles

Bd0 → π+ π−

Bd0 → ρ π

Bd0 → DK*0

BS0 → DSK

Bd0 → D* π, 3π

Bd0 /BS

0 → h h’

BS0 → DS π

Bd0 → J/ψ KS

0

→ ΦKS0

CP è violata? → angoli α, β, and γ → Atriangolo > 0

Misurare lati ed angoli separatamente per controllare se il triangolo si chiude

CKM matrix is unitary0*** =++ tbtdcbcdubud VVVVVV


Il Collider PEPII a SLACAn e+ e- asymmetric collider at the Y(4S) center of mass energy

Y(4S)Y(4S)

BB00BB00

• high luminosity in order to observe rare decays

• asymmetric in order to see the B mesons fly STUDY of CP in B mesons

10.6 GeVLpeak= 8.6 1033

Lint = 210 fb-1

NBB = 230 M (500 M by 2005)


BaBar Roma 2004R. Faccini, F. Ferrarotto, F.Ferroni,M. Gaspero, M.A. Mazzoni, S. Morganti,G. Piredda, F.Safai-TehraniF.Bellini, G. Cavoto, C.VoenaE. Di Marco, A. D’Orazio, L. Li Gioi, M. Pierini,

F.PolciA.Fabi, V.Giorgio, M.Messineo, M.Mistura,

E. Prencipe, E.Salvati, M. VignatiE.Buccheri,G.Bucci,C.Bulfon

γα

β

cb

ub

VV

tdV

CP in B→ππ

CP in J/Ψ Ks, φ KsB →DΚ & CP in D(*)π,ρ

Br(B→Xulν)

Br(b→sγ)

• Charmless B decays and CKM angles

• measurement of α

• Search for new physics• Measurements of γ

• sin(2β+γ) in B0→ D(*)π , ρ decays

• Direct CP in B → D0 K

• Measurement of Vub with hadronic mass

• Br(b→s γ)

Argomenti di fisica


The New Forward End Cap (S. Morganti, E.Salvati)

2% di mis-ID80% di efficienza

“Finalmente un verorivelatore di muoniin BaBar (Ferroni)”

Le camere inserite nel2002 funzionanoperfettamente avendointegrato una dose di carica molte volte maggiordi tutte quelle cheprecedentemente si eranodanneggiate

New CM- Total Reprocessing


β and new physics

sin2β in Charmonium is now wellestablished

sin2β in penguin modes is sensitive to New Particles

b st

W, χ ,H

(G. Cavoto, E. di Marco,M. Mistura,M. Pierini, M. Vignati)

⇐ Rome: Vertexing algorithm

⇐Rome: add KL modes


CPV from interference of Cabibboallowed and Cabibbo suppressed amplitudes

--

-

-

-

-

γ

Next: extend technique to B0→Dρ

(R. Faccini, M. Messineo,F. Polci, C. Voena)Measurement of sin(2β+γ) in B0→D(*)π decays


G.Cavoto

( ) ( )( ) ( )

)cos()sin(

)( 00

00

tmCtmSBNBNBNBN

tA

dd

tagtag

tagtag

∆∆−∆∆=

+

−≡∆

ππππ

ππ

L=113 fb-1

Isospin analysis : B0→π0π0

found but small ⇒

|αeff - α| < 47o

If there were only the tree we would measure α

⇒ Need to estimate the penguin contribution

and set limits on the difference between measured parameter αeff and α

d

u

dB0 b

d

u

π+

π−

π+

π−d

u

d

b

u

d

From CP Asymmetry in Β0→π+π−

Sππ=sin(2αeff)=0.40±0.22 ±0.03 Need new technique:Need new technique:ΒΒ00→→ρρ++ρρ−−

Measuring α: Β0→π+π−


Measurement of Vub with hadronic mass

SS

BB

BEST WORLD RESULT IN PUBLICATION

Reconstruct the invariant mass (Mx) of the decay B→Xulν

Much higher purity than beforeextract hadronic mass spectrum

A. d’Orazio,A. Fabi,R. Faccini

Ongoing discussion on theoretical errors; Model independent measurements on the way


• γ spectrum →mb & Fermi motion• related to |Vts|& to New PhyicsBrecoilBreco

D*π

Y(4S) γ

(F. Bellini)Br(b→s γ) with a fully reconstructed B


Other measurementsMeasurement of γ in direct CP asymmetry in B±→D0K± with D0→KSπ+π-

Strong phases extracted with Dalitz Analysis

Search for annihilationsneeded for sin(2β+γ): B±→D±KS

Observation of the X(3872)Charmonium state in B decays

D0→ KS4π Dalitz analysis

G. Cavoto, R. Faccini, L. Ligioi, E. Prencipe

R. Faccini, F. Polci, C. Voena

A. d’Orazio, R. Faccini, M. A. Mazzoni

F. Ferrarotto, M. Gaspero


Tevatron a FNAL

Main Injector(new)

Tevatron

DØCDF

Chicago↓

p source

Booster

Wilson Hall

Collisore protone-antiprotone con √s=1.96 TeV

aprile 2001: run II


Tevatron StatusLuminosita’ iniziale record:

7.2E31 cm-2s-1

(Run II design 8)Buona efficienza complessivadella macchina:Luminosita’ integrata media settimanale negli ultimi due mesi: 9.2 pb-1

luminosita’ integrata nel2004 (al 20/5) 180 pb-1

attesi ~320 pb-1 (senzaulteriori miglioramenti)Su tape: ~400 pb-1

7.0 1031

cm-1 s-1


Prospettive del Tevatron

Recycler in fase dicommissioningaccumulazione fasciiniezione in Tevatron con discretaefficienza

Commissioning da completare a meta’ 2005 con electron cooling

Se non funziona Base planSe funziona Design plan realistico

Miglioramento atteso nel processo diaccumulazione di antiprotoni (luminosita’ x2)

8.56

6.14

3.77

2.24

1.35

0.68

0.30

0.08

TotLum./yr

TotLum./yr

4.41

3.25

2.11

1.48

0.98

0.59

0.28

0.08 0.080.0802

2.421.1609

2.371.1408

1.530.6307

0.890.5006

0.670.3905

0.380.3104

0.220.2003

Design plan (fb-1)Base plan (fb-1)FY

0

10

20

30

40

50

60

9/29/03 9/29/04 9/30/05 10/1/06 10/2/07 10/2/08 10/3/09

Start of Fiscal Year

Inte

grat

ed L

umin

osity

per

Wee

k (p

b-1)

Phase 1(FY04)

Phase 2(Slip Stacking)

Phase 3(Recycler &

Electron Cooling)

Phase 4(Stacktail upgrade)

Phase 5(Tevatron upgrades

complete)

Phase 6(No upgrade-related studies)

Design Projection

Base Projection


Composizione del Gruppo CDF di Roma1

Collider Detector at Fermilab

Ricercatori: C.Dionisi, S.Giagu, M. Iori, P.F.Loverre,M.Rescigno,L.Zanello

Tecnologi: D.DePedis, G.Lunadei

Post Doc: S.DeCecco, D.Jeans,A.Messina, R.Oldeman,S.Sarkar

Dottorandi: G.Salamanna

Laureandi: A.Fabbri,F.Curbis,F.S.Castellano,F.Biccari,G. De Lorenzo


CDF top/bottom/charm CDF focus on Heavy Flavor:

Top Bottom Charm

La qualita’ e la quantita’ dei dati consentonoormai di andare oltre alle analisi di prima generazione (spesso cross sections…)Primi 5 articoli sottomessi su Beauty/Charm physics Primo draft sul top sottomesso a PRL lo scorsomese (sezione d’urto)Molti altri in preparazione….


Top mass: l + jetsDynamic Likelihood method:

mt = 177.8 +4.5-5.0 (stat) ± 6.2 (sys) GeV

Stat error vicino al RunI (comb. D0+CDF) Sistematica dominata dalla calibrazione dell’energiadei Jet (OK per estate ’04) B-tagging performance in costante miglioramento: forward jets con tracce silicon only (D. Jeans)

Jet ad alta pseudo rapidita’:

Efficienza ~ok, working on purity


Sezione d’urto: W→eν+n jet(completata) Z →ee+n jet (in corso)

• Confronto con QCD • Altra analisi in corso:

Sezione d’urto W/Z + b quark jetsBackground a Top e Higgs

W/Z+ Jet analysis

(Messina, Sarkar, Dionisi, Jeans, Fabbri)

W→eν

Z→ee(~4800 eventi inclusivi)


Charm PhysicsCon il trigger di SVT fisica del Charm possibile per la prima volta ad un collider

>106 D0 Kπ e D+ Kππ !La migliore misura di Branching Ratio e asimmetria diretta di CP per i canali D0 K+K-

e D0 π+π− e’ in corso di pubblicazione(De Cecco, Giagu, Rescigno)

Prossimamente BR e ACP di D± π+π-π ±

studiando il Dalitz Plot (Oldeman)

55,000 events !

~190 pb-1

ACP(D0 → KK) = 2.0 ± 1.2± 0.6 %ACP(D0 → ππ ) = 1.0 ± 1.2 ± 0.6 %Sist. dominata dalla stat. nel sample dicontrollo (D0 Kπ) buone prospettiveper misure al per mille nel Run II

In corso anche misure time dependent (D0 mixing e CP violation)


b sss decaysPenguin dominated b sss decay potenzialmente sensibili a nuova fisicaCon 180pb-1:

misura di BR & direct-ACP per B+ φK+(sensibilita’ comparabile a B-factories)Osservazione di Bs φφ (primo esempiodi decadimento charmless Vector Vector del Bs) :

BR (B± φK±)

Good S/B !

5σ significance

In futuro molti altri modi (specialmente Bs) potranno essere studiati e.g.:

Bs K*0K*0 (pure penguin)Bs K*+K(*) – (pure penguin)Bs φρ0 (∆I=1 ewk penguin)

Misure di polarizzazione e CP violation sonopure possibili

(Castellano, De Cecco, Giagu, Rescigno)

Bs φφ


(Fit excludes signal region)

Pentaquark SearchesPentaquark possono essereprodotti nella frammentazione a Tevatron sample abbondantiPer esempio: Θ+ che decade in protone + K0

sConfronto tra lo yield osservatoe l’abbondanza di risonanzesimili, in questo caso Λ(1520) pK-

Confronto con altri esperimenti: per esempio ZEUS

Finora conclusioni negative per Θ+ (uudds) p K0

s, Ξ3/2(dsdud) Ξ π(possiamo per ora dire chequesti oggetti non sonoprodotti in abbondanza al tevatron!)Ancora da finalizzare studidi accettanza per fornireveri e propri limiti disezione d’urto.

pK0 Sinvariant mass

pK- invariant m

ass

CDF CDF

Zeus Zeus

(Oldeman, Curbis, Rescigno)


Verso la misura del Bs mixingMisura complessa sforzo coordi-nato dell’intera collaborazioneOscillazione rapida dei Bs:

Cruciale risoluzione sul tempo proprio (ricostruzione nel silicon layer piu’ interno – L00 – ora ad un livello accettabile) Ricostruire completamentedecadimenti adronici del Bs (SVT)

Difficile identificare il flavor iniziale dei B in eventi ppbar

Algoritmi di tagging elaborati per la complessita’ degli eventiIdentificazione di leptoni e Kaonicruciale per ottenere una buonadiluizioneContributo di Roma sul PID con ilTOF e il dE/dx della COTAlgoritmo di tagging with Kaon+vertex in sviluppo

Per l’estate si attendono le prime misure significative di mixing del Bd

(De Pedis, De Cecco,Dionisi,Giagu, Oldeman, Rescigno, Salamanna)

Need 2pb and εD2 = 5% for 5σ sensitivity up to 24ps-1 in 3.2 fb-1

Bs Dsπ φπ πBs Dsπ 3π π

pKππK

K/π se

p. >1.4

σ

COT dE/dxPt>2GeV

TOF

β= v

/c

p


Large Hadron Collider (LHC) al CERN

Collisore protone-protone di 14 TeV di energia nel centro di massa

Momentum at collision 7 TeV/cMomentum at injection 450 GeV/cDipole field at 7 TeV 8.33 TeslaCircumference 26658 m

Luminosity 1034 cm-2s-1

Number of bunches 2808Particles per bunch 1.1⋅ 1011

Bunch crossing every 25 nsStored energy/beam 350 MJ

•Atlas, CMS: omnipurposedetectors

• LHCb: rivelatore dedicatoper la fisica del B

• Alice: rivelatore dedicatoper collisioni ione-ione


Advantages of the LHCbEnergy / collision mode 14.0 TeV pp bb cross section ~ 500 µb

Inelastic cross section ~ 80 mb LHCb ATLAS / CMS Detector configuration Single-arm forward Central detector

Running luminosity 2 x 1032 cm-2s-1 ≤ 1 x 1033 cm-2s-1 bb events per 107 sec 1 x 1012 x accept. ≤ 5 x 1012 x accept.

<Interactions/crossings> 0.5 (~30% single int.) ~ 2.3

bb angular distributionbb angular

distribution

LHCb makes advantage of:

bb production sharply peaked forward-backward

Low luminosity is sufficient (2.0 x 1032 cm-2s-1)

Vertex detector close to interaction region.


M3M2

M1

Roma1 collabora alla costruzione dello spettrometro per i muoni(stazioni M1-M5 inframmezzate da calorimetri e filtri di Fe)

Roma: V. Bocci, C. Bosio,A. Buccheri, G. Chiodi, E. Dane’,A. Frenkel, R. Lunadei, G. Martellotti*, R. Nobrega, A. Pelosi, G.Penso,D. Pinci, W. Rinaldi, R. Santacesaria**, A. Satta

Potenza: G. Auriemma, D. Fidanza, C. Satriano

* resp. nazionale, ** resp. locale

LHCb – Roma 1

P

Beam pipe


Prospettive di FisicaLHCb si propone di sfruttare in pieno le potenzialita` sulla fisica del B sin dall’inizio di LHC (bassa luminosita`)

B-factories : accumulano statistica su Bd

CDF, D0 : insufficiente PID per studiare a fondo Bs

PEP e KEK non avranno upgrading tali da accedere al Bs

BTeV : - un solo braccio - finanziato a partire dal 2005

In queste condizioni nel 2006-8 si potrebbero avere risultati sulla violazione di CP in canali tipo π + π − e misure dell’angolo γ ma l’analisi resterebbe dipendentedalle assunzioni del modello standard: serve un esperimento dedicato.

Un eventuale ritardo di LHC ridurrebbe la possibilita` del CERN di dare un contributo essenziale sul sistema Bd ma non cambia le prospettive nel sistema Bsin cui il ruolo di LHCb (e di BTeV) dovrebbe restare unico.


Physics performance LHCb 2007/8


Cagliari, CBPF, CERN, Ferrara, Firenze, LNF, PNPI, Roma 1+Potenza, Roma 2Cagliari, CBPF, CERN, Ferrara, Firenze, LNF, PNPI, Roma 1+Potenza, Roma 2

Rivelatore µ di LHCb

Trigger µ di livello 0: 15-20% dellatrigger rate totale,

µ tag del flavour del b:20-30% del potere di tagging totale

Rivelatore robusto, veloce, ridondante

1380 MultiWire Proportional Chambers

435 m2

5 stazioni

Canali rari : Bs K*µµ,Bs µ µ, Βs J/ψ φ


Attivita’ LHCb-Roma1Contributo alla costruzione delle camere a fili:-3 tavoli di test della qualita’ della produzione (test di uniformita’ con sorgente, misuratore tensione dei fili, telescopio per test con raggi cosmici) in funzione ai LNF (sito produzione). Sede PZ: incollaggio pannelli per camere, elettronica di front-endElettronica : -progetto hardware e software del sistema di controllodell’elettronica del sistema µ ( responsabile V. Bocci) -scheda TELL1 (sincronizza e organizza i dati provenienti del rivelatore dopo il trigger L0 e li trasmette al trigger L1 e al DAQ) Software: -Digitizzazione&Ricostruzione sistema µ in C++, analisiprestazioni del µ trigger (responsabile software µ A. Satta)


Collaborazione: Canada, Corea, Germania, Giappone, Gran Bretagna, Israele, ITALIA, Malaysia, Olanda, Polonia, Russia, Spagna, USA

Gruppi italiani: Bologna, Cosenza, Firenze, Padova, ROMA, Torino

Roma: G.D’Agostini, G. Marini, A.Nigro (D. Anzellotti, A. Buccheri)

STUDIO DELLE INTERAZIONI LEPTONE-PROTONE CON IL COLLISIONATORE HERA DI AMBURGO ( 30 + 900 GeV)


GLI ESPERIMENTI DI DIFFUSIONE (SCATTERING) DI UNA PARTICELLA ‘SONDA’ SU UNA PARTICELLA ‘BERSAGLIO’CONSENTONO DI STUDIARE LA ‘STRUTTURA’ DEL BERSAGLIO.

1911 – Esperimento di RutherfordParticelle alpha su atomi Scoperta del nucleo atomico

1968 – SLAC (Taylor, Kendall, Friedman)Leptoni su nucleoni -> I nucleoni sono composti da quarks

1992 – HERALeptoni su protone ---> ??

Aumentando il momento trasferito tra la sonda e il bersaglio si esploranodistanze via via piu’ piccole..........


HERA I (1992-2000)ZEUS ha iniziato la presa dati nel 1992.

La prima fase dell’esperimento si e’conclusa nel settembre del 2000.

Sono stati raccolti circa 140 pb-1 diluminosita’ (principalmemte e+P), ampliando di vari ordini di grandezza la regione di Q2,x esplorata nei precedentiesperimenti di targhetta fissa.

Q2 vs x

I capitoli di fisica studiati:

- Struttura del protone;

- Struttura del fotone;

- Heavy quarks;

- Alpha s;

- Diffrazione;

- Mesoni vettoriali;

- Sezioni d’urto inclusive;

- Fisica elettrodebole;

- Oltre il modello standard;


x2F x λ−∼

HERA I (1992-2000)In estrema sintesi:

•I dati di HERA si raccordano bene con quelli degli esperimenti di targhettafissa;

•F2 cresce molto piu’ velocemente diquanto atteso al diminuire di x;

•Grande (ed inatteso) contributo delladiffrazione nell’interazione ep;

•Nessuna evidenza di nuova fisicaoltre il Modello Standard;

AAAAAAAAAAAAAAAAAA

Scaling diBjorken


HERA II (2002-2007)

•Il 2001 e’ stato dedicato a modifiche della macchina per porreHERA in grado di fornire una luminosita’ specifica dell’ordine di 7 x 1031 cm-2sec-1 (circa 5 volte superiore al passato).

•ZEUS ed H1 sono stati equipaggiati con rotatori di spin per studiare separatamente i contributi dei leptoni right-handed e left-handed.

•L’obiettivo futuro e’ di raccogliere dati fino al 2007 accumulando una luminosita’ complessiva dell’ordine di 500 pb-1 (con positroni ed elettroni).

•ZEUS si presenta alla fase due con un nuovo rivelatore di vertice (MVD) e con un nuovo rivelatore di tracce in avanti (STT).

•Gli obiettivi:

- misure di precisione delle funzioni di struttura F2, FL, xF3, Fc2,

Fb2 per Q2 = 10 – 40000 GeV2;

- test della substruttura dei quarks fino a 10-17 cm;

- ricerca di deviazioni dal Modello Standard con interazioni CC;

- ricerca di W’s e Z’s di alta massa (fino a 600 – 800 Gev);


HERA II (2002-2007)

Alla ripartenza di Hera nel 2002 si è constatato che il fondo di macchina negli esperimenti era inaccettabile. Si è lavorato molto alla soluzione del problema, sia dal lato della macchina che da quello degli apparati sperimentali. Cio’ ha comportato un nuovo shut-down nella seconda meta’ del 2003.

In particolare, per quanto riguarda ZEUS, sono state introdotte importanti modifiche al disegno della beam pipe e delle schermature nella regione di interazione.

Oggi possiamo dire che il problema e’ risolto e che siamo finalmentetornati ad una fase stabile e soddisfacente di presa dati. C’e’ un forte impegno di Desy per assicurare la massima efficienza di funzionamentodella macchina fino alla fine della presa dati ( meta’ 2007).

Nei primi 4 mesi del 2004 HERA ha fornito ~ 35 pb-1.

Polarizzazione dei fasci di leptoni: ~50%.

L’esperimento MEG


Il decadimento µ → e γ• Nello Standard Model il decadimento µ → e γ è rigorosamento nullo se i tre neutrinihanno la stessa massa.

• il decadimento è permesso se i neutrini hanno masse diverse, ma anche con le differenze di massa che si possono inferire dai dati attuali il branching ratio è < 10 –19

•La supersimmetria può indurre una violazione del numero leptonico attraverso il mixing degli s-leptoni. Il B.R. dipende dai parametri della teoria e può essere molto grande.

10 –12

10 –14

10 –10

B.R. nelle SuSy

Limite sperimentale

MEG goal

< 4.9·10-111986Crystal Box

< 1.2·10-111999MEGA

< 1.7·10-101979LANL

< 1.0·10-91977SIN

< 3.6·10-91977TRIUMF

Limite B.R.annoEsperimento

Ricerche precedenti


Principio della misura• Per misurare un B.R. ≈ 10 –14 occorre analizzare almeno 1014 decadimentidel muone, quindi occorre un acceleratore ad alta intensità => PSI

• La difficoltà sperimentale consiste poi nel rigettare i fondi, dato il piccolo B.R. che si vuole misurare.

I fondi sono: µ+ → e+ νν γ ( ma questo risulta trascurabile) e la combinazioneaccidentale di un γ da questa reazione con un elettrone del decadimentosuccessivo µ+ → e+ νν, per cui occorre anche misurare ∆teγ

Il µ+ si ferma nel bersaglio: γ ed e+ devonoessere collineari ed avere energie uguali a mµ /2. Vengono misurati: Eγ Ee θeγ ∆teγ

µ+ γ

e+


Il Paul Scherrer Institute

Laboratorio di ricerca scientifica interdisciplinare ad ampio raggio di attività: ricerca pura, applicata e sviluppi tecnologiciMaggiore istituto di ricerca in Svizzera (~ 1200 staff) Principali aree di attività:

ricerca in stato solido e scienza deimateriali;

fisica delle particelle elementari ed astrofisica;

biologia e medicina; ricerca energetica e scienze ambientali

Sede a Villigen, vicino Zurigo


PSI Acceleratore di protoni e sale

sperimentali attrezzate

ProtonProton beambeam line:line:Pre-acceleratore (870 KeV)

Cockcroft-Walton4-sector Cyclotron:

iniettore a 72 MeV Ring Cyclotron: fascio

continuo di protoni (590 MeV, 1.6 mA (1016 p/s)) per:

bersagli di produzione di pioni e muonifacility per adroterapiasorgente di neutroni

πE5: fascio diµ+ per MEG p=28 MeV/cΦ=1.2·108 µ/s


e+

Drift Chamber

Layout generale dell’esperimento

• Liquid Xe e.m. calorimeter• Magnetic spectrometer• Timing counter

),/,( γγγγ tEpE→

ep→),/( eee tEp→

/Ω∆

÷∆∆

÷∆

%9π4ps 150

mrad 5.2017%4

%9.070

eγ

eγ

γ

e

t

E.E

θ

FWHM resolutions

“espulsione” dei positroni

Con queste prestazioni il fondocombinatoriale aspettato e’ dicirca 0.5 eventi/anno


SwitzerlandSwitzerlandDrift Chambers,Readout & DAQ

JapanJapanLXe Calorimeter,Superconducting Solenoid

RussiaRussiaManpowerMuons transport solenoid

ItalyItalye+ counter (Ge+Pv+Rm), Trigger (Pi, Le)Splitter (Le)LXe Calorimeter (Pi,Le)

The MEG collaboration

D.ZanelloPartecipanti: totale : 44

italiani : 14


Piano temporale

• Settembre 1998: prima apparizione in gruppo 1

•Settembre 2002: Presentazione proposta MEG

•Aprile 2003: discussione approvazione in gruppo 1

•Costruzione 2003-2005 (inizio finanziamento 2003)

•Presa dati 2005-2007

•Risultati 2007-2008 (< LHC)


L’inattacabile Modello Standardil Modello Standard ha resistito a 10 anni di attacchi di Lep.

• Tutti i gli indizi di nuova fisica emersi nel corso degli anni sono via viatutti evaporati: accoppiamento anomalo del τ, eccesso di fotoni, 4 jet, Rb.

• Molti modelli oltre il Modello Standard sono stati spazzati via (technicolour, etc…). Molti vincoli sulle supersimmetrie.

Predizione della massa del top attraverso i loop radiativi.

Tuttavia il bosone di Higgs non è stato ancora trovato


Aspettiamo i nuovi esperimenti

1. CDF + D02. LHC3. ….

Limiti di scoperta dell’Higgs al Tevatron

Probabilmente ilTevatron riusciràa mettere soltantoun limite.


E soprattutto aspettiamo LHC

A test of the handling system of the LHC cryomagnets was carried on January 27th in sector1-2, involving the first cryodipole and short straight section (SSS) lowered into the LHC tunnel.

Schedula•Marzo 2007: istallazione

completata

• Aprile 2007: primo fascio diprotoni

• Estate 2007: prime interazioniprotone – protone

N.B. questa è una foto e non un disegno!


Stato della costruzione di LHC

http://lhc-new-homepage.web.cern.ch/lhc-new-homepage/

I progressi della costruzione si possono seguire su:

Ci sono 45 dashboard, ad esempio:

Dipoli Quadrupoli

Just in timecontratto


Cross-sections and rates

huge range of cross-section values and rate

-listed for 1034 cm-2 s-1

total 0 σ ≈ 100 mb (109 Hz)

b production0 σ ≈ 0.7 mb (7∗106 Hz)

W/Z production0 σ ≈ 200/60 nb (2/0.6 kHz)

Top production0 σ ≈ 0.8 nb (80 Hz)

SM Higgs (mH = 150 GeV)0 σ ≈ 30 pb (3 Hz)

With branching ratios includedW eν 150 HzZ ee 15 HzH γγ 0.003 Hz


Experimental conditions at LHC

•Very small bunch crossing separation: T=25 ns (40 MHz frequency)

•Multiple interaction per bunch crossing (~ 20 at L = 1034 cm-2 s –1 )

fast, high granularity detectors, fast level 1 trigger

•High radiation level in the hall (neutrons, photons and charge particles)

radiation hard electronics

high rate capability of the detectors

careful study of detectors ageing

high occupancy of tracking detectors (reduced efficiency and spurious

hits)

Le piccole sezioni d’urto dei processi interessanti richiedono una grande luminosità (1034 cm-2 s-1).

Questo implica delle difficoltà costruttive notevoli per i rivelatori.


gg fusion WW/ZZ fusion

associated Htt associated WH, ZH

Direct:-> gg fusion dominant-> VBFusion 20% of gg at 120 GeV

Associated:-> 1-10% of gg

isolated lepton from W decayreconstruct top-quarks

SM Higgs at LHC

Use Higgs discovery as benchmark to define and optimize the detector performances

H → ZZ* → 4

mH < 2 mZ : mH > 2 mZ :

H → ZZ → 4γγH →

Canali principali di rivelazione dell’Higgs a LHC


Detector performance requirements•Mass resolution (m <200 GeV) :

≈ 2 % (H → γγ, 4) ≈ 10 % (W → jj, H → bb )

•Calorimeter coverage : |η| < 5 (ETmiss, forward jet tag)

•Particle identification : µ,e, γ, τ, b

•Lepton measurement: pT from few GeV → 3 TeV (W’/Z’)

Muon spectrometer

• Stand-alone

• Accurate muon momentum measurement;

• Robust and flexible level-1 muon trigger

(Motivazione storica)

Occupazione della camera centrale


22 m

Programma di fisica:

•Ricerca del bosone di Higgs

•Ricerca di particelle SUSY

•CP violation nel decadimento del B

•Sistematica del quark t

•Nuova fisica

~ 40 m

Attività a Roma1• Costruzione, messa a punto, test camere a deriva di precisione (MDT) dello spettrometro muonico•Sviluppo e realizzazione elettronica di Trigger per muoni di I livello.•High Level Triggers e DAQ . •Test beam.•Sviluppo software (OO), risorse di calcolo, Data Challenge

Vedi Poster


~ 1800 fisici

~170 Istituti

ATLAS Italia

13 Sezioni INFN

~ 160 fisiciATLAS Sezione di Roma

31 ricercatori/tecnologi

Il Il gruppogruppo Atlas Atlas didi Roma1Roma1Bagnaia PaoloBini CesareBocci ValerioCaloi RitaCiapetti GuidoDe Pedis DanieleDi Mattia AlessandroDe Salvo AlessandroDe Zorzi GuidoDi Domenico AntonioDi Girolamo AlessandroDionisi CarloFalciano SperanzaGargiulo CorradoGauzzi PaoloGentile SimonettaLacava FrancoLuci ClaudioLuminari LambertoMarzano FrancescoMenici LorenzoMirabelli GiovanniNisati AleandroPasqualucci EnricoPastore FrancescaPetrolo EmilioPontecorvo LudovicoValente PaoloVari RiccardoVeneziano StefanoZanello Lucia

V.Cecconi,S.DI Marco,E.Gennari, G.Chiodi, F.Cidronelli, C.Piscitelli, A.Mattei, M.Iannone, G.Capradossi, A.Pelosi

+ 7 laureandi


ATLAS experimental Hall: 2003


E’ cominciato il montaggio del rivelatore


ATLAS: fotomontaggio

Building 40 al Cern

Si sta cercando di mettere la nave dentro la bottiglia


Costruzione camere BIL

Costruzione nella nostra officina meccanica. 62 camere Barrel Inner Large

54 camere costruite ad oggi (2 camere/mese).

A novembre si finisce

Costruzione Camere a derivaCostruzione Camere a derivaModulo 0

x

•Drift time ~ 70 µm 3x2 tubes 40 µm

•R-t relation from autocalibration 10 µm

•Mechanical precision on wire pos. 20 µm

•MDT location in space (align.) 20 µm

50 µm

Error budget: request σ = 50 µm

Fine 2000


muo

nm

uon

Appr

oxim

ated

Appr

oxim

ated

Muo

nM

uon

trajec

tory

trajec

tory

Width < 50 cm

Width ~ 5 cm

Width < 40 cm

Muon trigger: livello 1 e livello 2Livello 1: usa gli RPC

Livello 2: usa gli MDT

Vedere i poster per maggiori dettagli


Combined test beam questa estate

Si sta mettendo sulla linea difascio di H8 un’intera fetta φ di Atlas: pixel, sct, trd, calorimetri e lo spettrometroper muoni, con il trigger ed ilDAQ finale


L.M. Barone, A. Bartoloni, G. Capradossi, F. Cavallari, S. Costantini, I. Dafinei, D. D'Angelo, F. de Notaristefani, M. Diemoz, C. Gargiulo, S. Guerra, M. Iannone, E. Longo, P. Meridiani, M. Nuccetelli, G. Organtini, R. Paramatti,

F. Pellegrino, E. Valente, A. ZulloS. Baccaro, M. Montecchi, G. Ferrara

CMS ECAL ROMA2004


γγ

Bosone di Higgs a LHC

LEP

H→ γγ

H → ZZ → 4 leptons*

H → ZZ → 4 leptons

H → WW or ZZjj

LHC

Natural width (GeV)

Higgs Mass (GeV)0 50 100 200 400 800

0.001 0.004 1.4 30 250

L3

LEP: osservatoun eccesso di

eventi a 115 GeV

Decadimenti in γγ:rari, ma estremamente"puliti" se si "guarda" conun calorimetro eccellente

0.001

0.01

0.1

0.01 0.1 1 10 100 1000

sampling calorimeters

crystal calorimeters

KLOE

ATLAS

CMSKTeV

BaBar

Belle

Energia (GeV)σ(

E)/E


Calorimetro elettromagnetico di CMS

≈75000 cristalli di tungstato di piombo: densita' 8.26 g/cm3 , Xo=0.98 cm

Φ = 32 mm

Φ = 65 mm


Rivelazione del segnale

Evidenza delsegnale H →γγin ECAL CMS@ risoluzione di progetto

PWO APD PreampliMulti-Gain

FibrereadoutADC FE

Energia→

Luce

Luce→

Corrente

Corrente→

Tensione

Tensione→

Bits

Bits→

Luce

ADC Σ5−Σ25Pipeline

Termine costante cruciale:dipende dalla calibrazionee dal suo controllo durantel'esperimento

C

EMeV

EE150%5.0%7.2 ⊕⊕=

σ


CalibrazioniIntercalibrazione con misure sistematiche di laboratorio durantel'assemblaggio ∼ 5% (Centri Regionali: INFN/ENEA e CERN)

Intercalibrazione diprecisione (0.3%) di parte del calorimetrosu fasci ditest al CERN

Calibrazione "in situ"con eventi fisiciZ → e+ e- (Mz) W → eν (E/p)

C = 0.5%

GeV

⋅≈electrons

Z

Z

cal NMσ

σ 2


Data Management

REDACLE: un nuovo workflow managersviluppato dal gruppo di Roma per rendere:

• la costruzione più efficiente• l’analisi dei dati raccolti durante le

misure di Quality Control immediata

Relational ECAL Database at Construction Level

In uso presso il Centro regionale INFN/ENEAdal maggio 2003

• Economicamente vantaggioso e flessibile:Basato su Software Open Source(MySQL DB + PHP + Perl + Apache)Accessibile da ogni Web Browser


Studi di fisica con simulazioni

Farm in Sezione6x2 Pentium III 1 GHz4x2 Xeon 2.4 GHz6 TB Disk

Attivita'in corsoSviluppo di tool automatici di produzione Produzione di dati simulati per studi di fisica a LHC (3x105 eventi prodotti a Roma nel 03/04)

Studio di eventi Z→ eee W → eν per la calibrazionedel calorimeto “in situ”Studio segnali H→γγ e H→4e


CONCLUSIONIIl gruppo 1 di Roma è composto da:

- 62 ricercatori senior- 17 post doc (assegno di ricerca, art. 23, etc..)- 9 dottorandi- 24 laureandi

(soltanto Pisa è più grande di noi)La sezione è in prima linea sugli esperimenti di violazione di CP: Kloe, Babar, CDFAspettiamo sorprese da esperimenti in presa dati: CDF e ZeusPreparazione per LHC: fase di costruzione molto avanzata, poi istallazione e presa dati nel 2007: ATLAS, CMS, LHCbVedremo le SuSy prima di LHC? MEG

Università “La Sapienza” Sezione INFN di Roma 1 Gli ... · Gli esperimenti della ... KLOE sta...

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