Fisica particellare

Gruppo 1 – Fisica delle Particelle agli Acceleratori
Coordinatore: Andrea Ventura

Edificio – ex. Collegio Fiorini (Fisica)
Stanza 231 (primo piano)
tel. +39 0832 297458
email: andrea.ventura@le.infn.it

L’obiettivo delle ricerche coordinate dalla Commissione Scientifica Nazionale 1 è lo studio delle interazioni dei costituenti fondamentali della materia attraverso esperimenti con gli acceleratori di particelle. La teoria che definisce le nostre attuali conoscenze di fisica subnucleare è chiamata Modello Standard. L’impiego di acceleratori ad energie sempre più elevate consente di ottenere nuove particelle non presenti in condizioni ordinarie in natura ed aventi masse via via crescenti.

Lo scopo delle attuali ricerche è di ottenere un’approfondita conoscenza di alcuni aspetti, come il meccanismo di generazione della massa di tali particelle (a cominciare dal bosone di Higgs, scoperto nel 2012) e l’individuazione di possibili scenari di Nuova Fisica che spieghino i problemi irrisolti del Modello Standard, tra cui la Supersimmetria.

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ATLAS

Coordinatore locale: Margherita Primavera (margherita.primavera@le.infn.it)
Sito web: https://web.le.infn.it/atlas

L’esperimento ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) è uno dei quattro grandi esperimenti che raccolgono dati all’acceleratore LHC del CERN. Il suo gigantesco apparato sperimentale, realizzato con diverse tipologie di rivelatori di particelle di grande complessità, è alto più di 21 m, lungo 45 metri (metà delle dimensioni della cattedrale di Nôtre Dame), pesa circa 7000 tonnellate (come la Torre Eiffel) e “fotografa” 1 miliardo di interazioni protone-protone al secondo. È stato progettato per studiare al meglio tutti gli aspetti della fisica delle collisioni protone-protone a 14 TeV di energia nel centro di massa. Nel 2012 ha annunciato al mondo, insieme all’esperimento “concorrente” CMS, la fondamentale scoperta del bosone di Higgs, grazie al quale si origina la massa delle particelle. L’esperimento è ora “alla caccia” di nuova fisica, per confermare o smentire teorie affascinanti come la Supersimmetria o le extra-dimensioni, e spiegare la natura del “lato oscuro” dell’universo (materia oscura).

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CMD-3

Coordinatore locale: Gianfranco Tassielli (gianfranco.tassielli@le.infn.it)
Sito web: http://cmd.inp.nsk.su/

CMD3 (Cryogenic Magnetic Detector) è un esperimento che si svolge presso il collider e+e− VEPP-2000 al Budker Institute for Nuclear Physics (BINP) di Novosibirsk, costruito per studiare la sezione d’urto e le dinamiche dei modi esclusivi di e+e− in adroni, al fine di fornire elementi al calcolo teorico dei contributi adronici al momento magnetico anomalo del muone. La Sezione INFN di Lecce è stata impegnata nella progettazione della camera a deriva di CMD-3 e nella sua installazione ed ora è coinvolta nella costruzione di una nuova e più efficiente camera, in sostituzione della camera originale (dopo oltre 10 anni di invecchiamento da radiazione). Ci si avvarrà di tecniche innovative per la meccanica di supporto dei fili e della pressione interna della miscela di gas e si impiegherà il cluster counting per ottimizzare l’identificazione delle particelle ionizzanti e il cluster timing per migliorare la risoluzione spaziale (<100 mm).

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CREMLINplus

Coordinatore locale: Margherita Primavera (margherita.primavera@le.infn.it)
Sito web:  https://ec.europa.eu/research/infocentre/article_en.cfm?artid=50030

Il progetto CREMLINplus (Connecting Russian and European Measures for Large-scale research INfrastructures) è stato finanziato dalla Commissione Europea per partecipare allo sviluppo dei 5 principali progetti russi nell’ambito della fisica. La sezione di Lecce (insieme alle sezioni di Bari e Ferrara e a LNF) contribuirà agli studi per la progettazione di un rivelatore tracciante (camera a deriva) per l’acceleratore “Super Charm-Tau factory” a Novosibirsk, un collisore elettrone-positrone ad alta luminosità.

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FEST

Coordinatore locale: Franco Grancagnolo (franco.grancagnolo@le.infn.it)
Sito web:  https://cordis.europa.eu/project/id/872901/it

FEST (Future Experiments seek Smart Technologies) è un progetto di durata quadriennale finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del programma H2020-MSCA-RISE-2019.

Futuri Esperimenti (FE) in Fisica delle Particelle Elementari comportano nuove sfide in termini di grandi apparati e alti tassi di interazione. Le attività di R&D su rivelatori esistenti, come camere a deriva di grandi dimensioni, sono gli ingredienti fondamentali per costruire precisi sistemi di tracciamento per qualunque esperimento ai futuri acceleratori (CEPC, FCC-ee, ILC, CLIC o collisori di muoni), sottoposti a condizioni sperimentali senza precedenti.

FEST mira anche allo sviluppo di nuove piattaforme di calcolo per i FE, sia per quanto riguarda simulazioni, con il miglioramento dei generatori di evento esistenti, che per l’adozione di tecniche di analisi basate su nuovi concetti di intelligenza artificiale.

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MEG

Coordinatore locale: Marco Panareo (marco.panareo@le.infn.it)
Sito web: https://web.le.infn.it/meg

L’esperimento MEG ricerca il decadimento del muone μ+ → e+ γ che viola la conservazione del sapore leptonico, e che è previsto in diverse classi di modelli oltre il Modello Standard. Questo decadimento, ricercato sin dal 1948 (T. Hinks e B. Pontecorvo per primi cercarono tale segnale nei raggi cosmici) è ora oggetto di indagine di MEG presso la sorgente di muoni più intensa del mondo al PSI (CH), con l’impiego di uno spettrometro magnetico costituito da tre rivelatori: una camera a deriva multifili per la misura del quadrimpulso del positrone; un calorimetro a Xe liquido per misurare l’energia del fotone, il suo tempo di arrivo e il suo punto di interazione e un Timing Counter per risalire all’istante di uscita del positrone dallo spettrometro. La camera a deriva è stata progettata presso la Sezione di Lecce e costruita in collaborazione con le Sezioni di Roma1 e Pisa, e consente una misura ad alta risoluzione delle variabili cinematiche del positrone.

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Mu2e

Coordinatore locale: Gianfranco Tassielli (gianfranco.tassielli@le.infn.it)
Sito web: https://mu2e.fnal.gov/collaboration.shtml

L’esperimento Mu2e al Fermilab, negli USA, studierà il processo di conversione diretta di un muone in un elettrone (μ^– ® e^– senza emissioni di neutrini), in presenza di un nucleo di alluminio, con l’obiettivo di raggiungere la sensibilità per singolo evento pari a 3×10^-17. Tale processo viola la conservazione del sapore leptonico, previsto nel Modello Standard con una probabilità molto bassa (<10^-54) e una sua osservazione sarebbe quindi una chiara indicazione di Nuova Fisica.

La sezione di Lecce dell’INFN partecipa al disegno e alla costruzione di Mu2e, con particolare riguardo ai due rivelatori di frontiera, il calorimetro elettromagnetico e il tracciatore ultraleggero, che potranno consentire misure di precisione del quadrimomento degli elettroni con energia prossima a quella di interesse (105 MeV).

Le attività di Mu2e, come anche quelle dell’esperimento Gminus2, sono supportate dal progetto MUSE, finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del programma MSCA-RISE-2015, per la promozione delle collaborazioni internazionali e intersettoriali attraverso scambi di personale di vari istituti di ricerca e industrie europee.

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PADME

Coordinatore locale: Stefania Spagnolo (stefania.spagnolo@le.infn.it)
Sito web: https://web.le.infn.it/padme/

L’esperimento PADME ai Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN si propone la ricerca di particelle leggere, come il fotone oscuro, legate all’ipotesi teorica di un settore invisible in cui sarebbe confinata la materia oscura. L’apparato sperimentale osserva le interazioni che un fascio impulsato di positroni accelerati fino a 500 MeV produce in un bersaglio costituito da un rivelatore a strip in diamante sintetico interamente progettato e realizzato a Lecce. I primi dati dell’esperimento (raccolti a Febbraio e a Luglio 2019) consentono di caratterizzare i rivelatori e il fascio e di osservare i processi elettromagnetici più abbondanti che rappresentano il fondo fisico alla ricerca di fenomeni anomali. I risultati permetteranno di stimare la sensitività che l’esperimento potrà raggiungere nei prossimi run. Il gruppo di Lecce è attivamente coinvolto nelle attività di analisi dati e simulazione dell’esperimento.

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RD_FA

Coordinatore locale: Franco Grancagnolo (franco.grancagnolo@le.infn.it)
Sito web: https://web.infn.it/RD_FA/index.php/it/

RD_FA (Research & Development per Futuri Acceleratori) è un’attività di ricerca e di sviluppo nata nell’ambito della Commissione Scientifica Nazionale 1 dell’INFN per lo studio di potenziali nuovi esperimenti agli acceleratori futuri (FCC-ee/hh/eh, ILC, CepC, SppC, Lemma, EIC ed altri). RD_FA si struttura in otto “Working Packages” (WPs), e la Sezione INFN di Lecce è responsabile (F. Grancagnolo) del WP5: Ultra light Drift Chambers with cluster timing/counting, ossia dello studio di una camera tracciante estremamente “trasparente” per il rivelatore IDEA ai futuri acceleratori CEPC in Cina e FCC-ee al CERN.

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Progetti di Terza Missione:

MC_C3M_LE

Coordinatore locale: Edoardo Gorini (edoardo.gorini@le.infn.it)
Sito web: https://web.le.infn.it/masterclasses

Sin dal 2011, ogni anno a Lecce si svolgono le Masterclass Internazionali di Fisica delle Particelle, organizzate da IPPOG (International Particle Physics Outreach Group). L’iniziativa, realizzata in Italia col coordinamento dell’INFN, si rivolge agli studenti delle scuole superiori, ai quali è data la possibilità di vivere un giorno da ricercatori di fisica. Nella mattina sono tenute lezioni finalizzate a consentire agli studenti una comprensione di base delle tematiche e delle metodologie impiegate negli esperimenti di fisica delle particelle; nel pomeriggio gli studenti analizzano al computer campioni di dati reali raccolti dagli esperimenti di LHC (Large Hadron Collider) per poi collegarsi in videoconferenza col CERN allo scopo di combinare, confrontare e discutere i risultati ottenuti con quelli ricavati da colleghi di altri istituti europei coinvolti.

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