Fisica delle particelle
determinazioni accurate delle proprietà dei bosoni vettori neutri e carichi Z0 e W±, che, insieme al fotone, sono i mediatori dell'interazione elettrodebole;
ricerche del bosone di Higgs, particella fondamentale che dovrebbe essere all'origine della massa di tutte le particelle;
fisica degli "heavy flavors" (quark top e beauty) e, in generale, studi dei sistemi adronici con numero quantico di beauty;
studio della struttura e dei costituenti del protone;
misure sulla possibile violazione della simmetria CP (coniugazione di Carica e Parità). E' importante studiare tale violazione in sistemi diversi (K0K0bar, B0B0bar, ...), perchè essa dovrebbe essere all'origine della differente quantità di materia e antimateria nel nostro universo;
ricerche dirette ed indirette di particelle supersimmetriche, di WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), di leptoquarks, di leptoni eccitati e di antimateria nei raggi cosmici;
studio sulle oscillazioni dei neutrini atmosferici;
ricerche dei monopoli magnetici previsti dalle Teorie di Grande Unificazione;
ricerche di carattere astrofisico, quali la rivelazione di fiotti di neutrini da collassi gravitazionali.
al CERN di Ginevra dove sono in fase di costruzione i rivelatori degli esperimenti CMS e LHCb presso il grande collisore ad adroni (LHC);
al Fermilab di Chicago, dove l'esperimento CDF analizza le collisioni protone-antiprotone prodotte al collisore Tevatron;
a DESY ad Amburgo, dove, presso il collisore HERA (elettrone-protone), è installato l'esperimento ZEUS, mentre HERA-B usa il fascio estratto di protoni;
ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, dove è presente l'esperimento LVD e sarà installato l'esperimento OPERA;
sulla Stazione Spaziale Internazionale ALPHA dove sarà installato il rivelatore di raggi cosmici AMS2.
Realizzazione del trigger L0 dei calorimetri adronico e elettromagnetico. Nel periodo 2003/4 è stato completato il progetto del sistema di trigger e del sistema di trasmissione dati in fibra ottica.
Progettazione e realizzazione della farm online di computer del sistema di trigger L1&HLT. Nel 2003/4 è stato realizzato e collaudato il primo prototipo della farm.
Responsabilità della gestione delle risorse centralizzate di calcolo italiane dell'esperimento, collocate presso il TIER1 del CNAF di Bologna.
Numerose e di alta qualità sono le ricerche effettuate nel Dipartimento in questo settore. Esse riguardano sostanzialmente verifiche di precisione del Modello Standard del microcosmo, ricerca di nuova fisica oltre il Modello Standard e ricerche d'astrofisica delle alte energie (fisica astroparticellare).
Più in particolare le attività di ricerca più rilevanti, sviluppatesi in questi ultimi anni nel Dipartimento, riguardano:
Più in particolare le attività di ricerca più rilevanti, sviluppatesi in questi ultimi anni nel Dipartimento, riguardano:
Queste ricerche sono effettuate utilizzando apparati in genere assai complessi e nell'ambito di collaborazioni internazionali. Gli apparati sono installati presso acceleratori di particelle o in laboratori sotterranei o anche in laboratori in alta quota; talvolta sono mandati nello spazio. Le ricerche sono (in massima parte) finanziate dall'INFN e sono condotte da personale ricercatore e tecnico sia dell'Università sia dell'INFN.
Le ricerche si svolgono nei più importanti laboratori internazionali esistenti:
Le ricerche si svolgono nei più importanti laboratori internazionali esistenti:
Nel 2003 gli esperimenti installati presso i grandi acceleratori hanno ottenuto, tra i numerosi risultati, accurate misure della massa del bosone vettore carico W±, della massa del quark top, delle funzioni di struttura del nucleone.
A Desy (Amburgo), dopo lo shutdown effettuato tra il 2001 ed il 2002 per interventi atti ad aumentare la luminosità del collisionatore HERA, à ripresa la fase sperimentale.
L'esperimento ZEUS ha completato ed iniziato analisi di fisica, le principali delle quali sono: funzioni di struttura del protone; ricerca di fenomeni esotici; sezioni d'urto per la produzione del quark b nei regimi di fotoproduzione e deep-inelastic-scattering; produzione di charm e contributo del charm alla funzione di struttura F2; ricerca di glueballs; misura della costante di accoppiamento forte aS dalla produzione inclusiva di jet; misura delle sezioni d'urto per eventi con protoni e neutroni leading nello stato finale.
I principali obiettivi di Fisica dell'esperimento HERA-B riguardano la misura della sezione d'urto di produzione di quark b nelle collisioni protone-Nucleo e lo studio dei meccanismi di produzione del charmonio.
Al Fermilab di Chicago, terminati i lavori di upgrading del Tevatron (energia di collisione 2 TeV), l'esperimento CDF ha iniziato un nuovo periodo di acquisizione dati che si estenderà fino al 2007; ha continuato le analisi dei dati già accolti, rivolte principalmente allo studio delle proprietà del top quark, a misure di QCD e alla fisica dei quark pesanti.
E' iniziata la costruzione degli esperimenti CMS e LHCb, che misureranno eventi prodotti in collisioni protone-protone e protone su bersaglio fisso a LHC del CERN. Nella modalità di funzionamento protone-protone, l'energia di collisione di LHC sarà di 14 TeV e la sua luminosità prevista sarà considerevolmente più elevata di quella ottenuta al Tevatron. Queste caratteristiche (energia e luminosità) uniche di LHC consentiranno ad un esperimento come CMS di cercare/dare risposte ad alcuni quesiti fondamentali della fisica subnucleare: bosone di Higgs, fenomeni oltre il modello standard (particelle supersimmetriche, extradimensioni, etc.); a questi obbiettivi principali si aggiunge uno spettro amplissimo di settori di fisica da studiare: fisica degli "heavy flavour" (quark top e beauty), Cromo Dinamica Quanticstica (QCD), proprietà dei bosoni di gauge elettrodeboli, etc ...
Il campo di indagine di LHCb riguarda, principalmente, lo studio della violazione della simmetria CP nel settore dei quark beauty.
Le attività di fisica astroparticellare sono prevalentemente svolte presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS: presso questo laboratorio egrave attualmente installato l'esperimento LVD e sarà installato l'esperimento OPERA.
L'esperimento LVD è principalmente un osservatorio per la ricerca di neutrini provenienti da collassi stellari gravitazionali nella nostra galassia. L'attività principale svolta nel 2003 riguarda il monitoraggio continuo, con un'efficienza maggiore del 99%, di supernovae nella nostra galassia.
E' avviata la realizzazione dell'esperimento OPERA che si propone l'osservazione diretta ντ da oscillazioni νμ→ντ in un fascio di neutrini inviato dal CERN ai LNGS.
L'importanza della fisica e astrofisica dei neutrini ha portato alle proposte di telescopi di neutrini sottomarini (ANTARES e NEMO) per la ricerca di neutrini di alta energia da sorgenti astrofisiche galattiche e extragalattiche, lo studio delle oscillazioni dei neutrini atmosferici e la ricerca di materia oscura. La ricerca di monopoli magnetici nei raggi cosmici è portata avanti dall'esperimento SLIM, installato presso il Laboratorio di Fisica Cosmica a Chacaltaya (Bolivia) a 5230 m s.l.m..
Il rivelatore AMS-02, dotato di un nuovo magnete superconduttore, è in costruzione e sarà completato nel 2007; sarà installato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale Alpha. Un prototipo di questo rivelatore (AMS-01) ha già effettuato un volo di prova sullo shuttle Discovery nel 1998. Lo scopo principale di AMS-02 è la ricerca di antimateria galattica ed extragalattica. L'esperimento AMS-02 potrà inoltre fornire risultati di straordinaria importanza sui raggi cosmici primari.
A Desy (Amburgo), dopo lo shutdown effettuato tra il 2001 ed il 2002 per interventi atti ad aumentare la luminosità del collisionatore HERA, à ripresa la fase sperimentale.
L'esperimento ZEUS ha completato ed iniziato analisi di fisica, le principali delle quali sono: funzioni di struttura del protone; ricerca di fenomeni esotici; sezioni d'urto per la produzione del quark b nei regimi di fotoproduzione e deep-inelastic-scattering; produzione di charm e contributo del charm alla funzione di struttura F2; ricerca di glueballs; misura della costante di accoppiamento forte aS dalla produzione inclusiva di jet; misura delle sezioni d'urto per eventi con protoni e neutroni leading nello stato finale.
I principali obiettivi di Fisica dell'esperimento HERA-B riguardano la misura della sezione d'urto di produzione di quark b nelle collisioni protone-Nucleo e lo studio dei meccanismi di produzione del charmonio.
Al Fermilab di Chicago, terminati i lavori di upgrading del Tevatron (energia di collisione 2 TeV), l'esperimento CDF ha iniziato un nuovo periodo di acquisizione dati che si estenderà fino al 2007; ha continuato le analisi dei dati già accolti, rivolte principalmente allo studio delle proprietà del top quark, a misure di QCD e alla fisica dei quark pesanti.
E' iniziata la costruzione degli esperimenti CMS e LHCb, che misureranno eventi prodotti in collisioni protone-protone e protone su bersaglio fisso a LHC del CERN. Nella modalità di funzionamento protone-protone, l'energia di collisione di LHC sarà di 14 TeV e la sua luminosità prevista sarà considerevolmente più elevata di quella ottenuta al Tevatron. Queste caratteristiche (energia e luminosità) uniche di LHC consentiranno ad un esperimento come CMS di cercare/dare risposte ad alcuni quesiti fondamentali della fisica subnucleare: bosone di Higgs, fenomeni oltre il modello standard (particelle supersimmetriche, extradimensioni, etc.); a questi obbiettivi principali si aggiunge uno spettro amplissimo di settori di fisica da studiare: fisica degli "heavy flavour" (quark top e beauty), Cromo Dinamica Quanticstica (QCD), proprietà dei bosoni di gauge elettrodeboli, etc ...
Il campo di indagine di LHCb riguarda, principalmente, lo studio della violazione della simmetria CP nel settore dei quark beauty.
Le attività di fisica astroparticellare sono prevalentemente svolte presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS: presso questo laboratorio egrave attualmente installato l'esperimento LVD e sarà installato l'esperimento OPERA.
L'esperimento LVD è principalmente un osservatorio per la ricerca di neutrini provenienti da collassi stellari gravitazionali nella nostra galassia. L'attività principale svolta nel 2003 riguarda il monitoraggio continuo, con un'efficienza maggiore del 99%, di supernovae nella nostra galassia.
E' avviata la realizzazione dell'esperimento OPERA che si propone l'osservazione diretta ντ da oscillazioni νμ→ντ in un fascio di neutrini inviato dal CERN ai LNGS.
L'importanza della fisica e astrofisica dei neutrini ha portato alle proposte di telescopi di neutrini sottomarini (ANTARES e NEMO) per la ricerca di neutrini di alta energia da sorgenti astrofisiche galattiche e extragalattiche, lo studio delle oscillazioni dei neutrini atmosferici e la ricerca di materia oscura. La ricerca di monopoli magnetici nei raggi cosmici è portata avanti dall'esperimento SLIM, installato presso il Laboratorio di Fisica Cosmica a Chacaltaya (Bolivia) a 5230 m s.l.m..
Il rivelatore AMS-02, dotato di un nuovo magnete superconduttore, è in costruzione e sarà completato nel 2007; sarà installato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale Alpha. Un prototipo di questo rivelatore (AMS-01) ha già effettuato un volo di prova sullo shuttle Discovery nel 1998. Lo scopo principale di AMS-02 è la ricerca di antimateria galattica ed extragalattica. L'esperimento AMS-02 potrà inoltre fornire risultati di straordinaria importanza sui raggi cosmici primari.
1.1 Esperimento CDF
Personale dell'Università: A.Castro, M.Deninno, F.Rimondi, S.Zucchelli
Personale Enti di Ricerca (INFN): L.Malferrari, P.Mazzanti, F.Semeria
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: A.Gresele, F.Margaroli, N.Moggi
L'esperimento CDF al Laboratorio Fermilab di Chicago studia le interazioni protone-antiprotone ad una energia nel centro di massa di 2 TeV. CDF ha iniziato un nuovo periodo di acquisizione dati, denominato Run II, a Marzo 2001. Questa fase si estenderà certamente fino ad almeno il 2007, con un intervallo per ulteriori riadattamenti del rivelatore, previsto intorno al 2005. L'esperimento offre un vasto campo di indagini di processi fisici, dalla fisica del quark top, con la caratterizzazione delle sue proprietà (massa, sezione d'urto, proprietà del decadimento); alla fisica elettrodebole, con un programma di misure di alta precisione; a misure di QCD, con test di QCD perturbativa a grandi Q²; alla fisica del B, violazioni di CP, BS mixing, e fisica esotica, con ricerca di nuovi fenomeni, particelle supersimmetriche, leptoquark, compositness. Obiettivo dell'attuale Run II è la ricerca del bosone di Higgs. Il gruppo di Bologna è coinvolto in particolar modo con analisi fisiche nell'ambito dei gruppi di QCD e Top, oltre ad avere responsabilità di gestione e controllo di parte dell'apparato sperimentale.
Personale Enti di Ricerca (INFN): L.Malferrari, P.Mazzanti, F.Semeria
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: A.Gresele, F.Margaroli, N.Moggi
L'esperimento CDF al Laboratorio Fermilab di Chicago studia le interazioni protone-antiprotone ad una energia nel centro di massa di 2 TeV. CDF ha iniziato un nuovo periodo di acquisizione dati, denominato Run II, a Marzo 2001. Questa fase si estenderà certamente fino ad almeno il 2007, con un intervallo per ulteriori riadattamenti del rivelatore, previsto intorno al 2005. L'esperimento offre un vasto campo di indagini di processi fisici, dalla fisica del quark top, con la caratterizzazione delle sue proprietà (massa, sezione d'urto, proprietà del decadimento); alla fisica elettrodebole, con un programma di misure di alta precisione; a misure di QCD, con test di QCD perturbativa a grandi Q²; alla fisica del B, violazioni di CP, BS mixing, e fisica esotica, con ricerca di nuovi fenomeni, particelle supersimmetriche, leptoquark, compositness. Obiettivo dell'attuale Run II è la ricerca del bosone di Higgs. Il gruppo di Bologna è coinvolto in particolar modo con analisi fisiche nell'ambito dei gruppi di QCD e Top, oltre ad avere responsabilità di gestione e controllo di parte dell'apparato sperimentale.
1.2 Esperimento ZEUS
Personale dell'Università: M. Basile, L. Cifarelli, A. Contin, F. Palmonari, G. Sartorelli, A. Zichichi
Personale Enti di Ricerca (INFN): G. Bari, L. Bellagamba, D. Boscherini, A. Bruni, G. Bruni, G. Cara Romeo, F. Cindolo, M. Corradi, P. Giusti, G. Iacobucci, A. Margotti, R. Nania, A. Polini
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: A. Montanari, L. Rinaldi
L'esperimento ZEUS studia le collisioni e±p all'energia nel centro di massa s1/2= 318 GeV. Dopo lo shutdown effettuato tra il 2001 ed il 2002, durante il quale ZEUS è stato equipaggiato con un rivelatore di vertici secondari al silicio (MVD), ed un nuovo tracciatore centrale a piccoli angoli polari, è ripresa la fase sperimentale. Il gruppo di Bologna è completamente responsabile dello spettrometro FMUON, per i muoni prodotti a piccoli angoli polari, ed ha contribuito al sistema di acquisizione dati del MVD. Sono state completate ed iniziate analisi di fisica, le principali delle quali sono: funzioni di struttura del protone; ricerca di fenomeni esotici; sezioni d'urto per la produzione del quark b nei regimi di fotoproduzione e deep-inelastic-scattering; produzione di charm e contributo del charm alla funzione di struttura F2; ricerca di glueballs; misura della costante di accoppiamento forte αs dalla produzione inclusiva di jet; misura delle sezioni d'urto per eventi con protoni e neutroni leading nello stato finale. Nel 2003 sono stati pubblicati 17 articoli su riviste internazionali ed effettuate numerose presentazioni a conferenze di fisica.
(Sito web: http://www-zeus.desy.de).
Personale Enti di Ricerca (INFN): G. Bari, L. Bellagamba, D. Boscherini, A. Bruni, G. Bruni, G. Cara Romeo, F. Cindolo, M. Corradi, P. Giusti, G. Iacobucci, A. Margotti, R. Nania, A. Polini
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: A. Montanari, L. Rinaldi
L'esperimento ZEUS studia le collisioni e±p all'energia nel centro di massa s1/2= 318 GeV. Dopo lo shutdown effettuato tra il 2001 ed il 2002, durante il quale ZEUS è stato equipaggiato con un rivelatore di vertici secondari al silicio (MVD), ed un nuovo tracciatore centrale a piccoli angoli polari, è ripresa la fase sperimentale. Il gruppo di Bologna è completamente responsabile dello spettrometro FMUON, per i muoni prodotti a piccoli angoli polari, ed ha contribuito al sistema di acquisizione dati del MVD. Sono state completate ed iniziate analisi di fisica, le principali delle quali sono: funzioni di struttura del protone; ricerca di fenomeni esotici; sezioni d'urto per la produzione del quark b nei regimi di fotoproduzione e deep-inelastic-scattering; produzione di charm e contributo del charm alla funzione di struttura F2; ricerca di glueballs; misura della costante di accoppiamento forte αs dalla produzione inclusiva di jet; misura delle sezioni d'urto per eventi con protoni e neutroni leading nello stato finale. Nel 2003 sono stati pubblicati 17 articoli su riviste internazionali ed effettuate numerose presentazioni a conferenze di fisica.
(Sito web: http://www-zeus.desy.de).
1.3 Esperimento HERA-B
Personale dell'Università: A. Bertin, M. Capponi, S. De Castro, D. Galli, I. Massa, M. Poli, N. Semprini Cesari, A. Vitale, A. Zoccoli
Personale Enti di Ricerca (INFN): M. Bruschi, B. Giacobbe, U. Marconi, M. Piccinini, R. Spighi, S. Vecchi, M. Villa
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: M. Bargiotti, L. Fabbri, P. Faccioli, F. Grimaldi, V. Vagnoni
L'esperimento HERA-B ha come obiettivi principali studi sulla fisica dei quark pesanti come i mesoni B e gli stati di charmonio. Il gruppo di Bologna ha progettato, realizzato e messo in opera l'elettronica di readout e pretrigger del calorimetro elettromagnetico. Il gruppo si occupa anche della calibrazione del calorimetro e partecipa a tutti gli aspetti dell'analisi dei dati. Negli anni 2002-2003 l'esperimento ha effettuato una presa dati di alcuni mesi che ha permesso di acquisire circa 150 milioni di eventi con trigger di-leptonico, circa 210 milioni di eventi Minimum Bias e circa 90 milioni di eventi con altri tipi di trigger per misure dedicate. Attualmente non è previsto un ulteriore periodo di presa dati, mentre sono in corso le analisi basate sulla statistica aqcquisita. I principali obiettivi di Fisica riguardano la misura della sezione d'urto di produzione di quark b in urti protoni-Nucleo, lo studio dei meccanismi di produzione del charmonio. Altri obiettivi di fisica riguardano la produzione di quark pesanti nella materia nucleare, studi su adroni conteneti quark-b, la spetroscopia del charmonio, studi su mesoni charmati, la ricerca di stati esotici (come glueball, ibridi e stati multiquark).
Personale Enti di Ricerca (INFN): M. Bruschi, B. Giacobbe, U. Marconi, M. Piccinini, R. Spighi, S. Vecchi, M. Villa
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: M. Bargiotti, L. Fabbri, P. Faccioli, F. Grimaldi, V. Vagnoni
L'esperimento HERA-B ha come obiettivi principali studi sulla fisica dei quark pesanti come i mesoni B e gli stati di charmonio. Il gruppo di Bologna ha progettato, realizzato e messo in opera l'elettronica di readout e pretrigger del calorimetro elettromagnetico. Il gruppo si occupa anche della calibrazione del calorimetro e partecipa a tutti gli aspetti dell'analisi dei dati. Negli anni 2002-2003 l'esperimento ha effettuato una presa dati di alcuni mesi che ha permesso di acquisire circa 150 milioni di eventi con trigger di-leptonico, circa 210 milioni di eventi Minimum Bias e circa 90 milioni di eventi con altri tipi di trigger per misure dedicate. Attualmente non è previsto un ulteriore periodo di presa dati, mentre sono in corso le analisi basate sulla statistica aqcquisita. I principali obiettivi di Fisica riguardano la misura della sezione d'urto di produzione di quark b in urti protoni-Nucleo, lo studio dei meccanismi di produzione del charmonio. Altri obiettivi di fisica riguardano la produzione di quark pesanti nella materia nucleare, studi su adroni conteneti quark-b, la spetroscopia del charmonio, studi su mesoni charmati, la ricerca di stati esotici (come glueball, ibridi e stati multiquark).
1.4 Esperimento CMS
Personale dell'Università: P.Capiluppi, A.Castro, M.Cuffiani, F.L.Navarria, A.M.Rossi, T.Rovelli, G.P.Siroli
Personale Enti di Ricerca (I.N.F.N.): A.Benvenuti, F.Cavallo, G.M. Dallavalle, F.Fabbri, P.Giacomelli, C.Grandi, S.Marcellini, P.Mazzanti, A.Montanari, F.Odorici, A.Perrotta
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: S.Arcelli, D.Bonacorsi, A.Fanfani, C.Montanari, A.Renzi, R.Travaglini
Fotografia del rivelatore Compact Muon Solenoid (CMS) in costruzione al CERN. In rosso il ferro del giogo per il flusso di ritorno del campo magnetico generato dal solenoide di CMS. Nel giogo sono alloggiate le camere per la rivelazione di muoni.
Il rivelatore Compact Muon Solenoid (http://cms.web.cern.ch/cms/index.html) è progettato per studiare le interazioni protone-protone a 14 TeV prodotte dal Large Hadron Collider del CERN. Si cercherà il bosone di Higgs, elemento chiave del meccanismo con cui le particelle acquistano massa nel Modello Standard, nell'intervallo tra 100 GeV e 1 TeV. Si cercheranno anche nuovi fenomeni fisici, come le SuperSimmetrie, necessari per superare le incongruenze teoriche del Modello Standard. Per questi studi la rivelazione di muoni ha un ruolo prioritario. Il gruppo di Bologna (http://www.bo.infn.it/cms/) partecipa alla costruzione (i) delle 250 camere di tubi a deriva per la rivelazione di muoni a grande angolo, (ii) dell'elettronica per il trigger muonico, (iii) del sistema di calcolo per il controllo del rivelatore e l'analisi dei dati. Nel 2003 una camera equipaggiata con l'elettronica di trigger è stata sottoposta ad un fascio di test di muoni di 100 GeV: l'eccellente performance ha convalidato appieno il progetto. Si sono inoltre effettuati test intesivi del sistema di calcolo con grandi quantità di dati distribuiti e analizzati via rete.
Personale Enti di Ricerca (I.N.F.N.): A.Benvenuti, F.Cavallo, G.M. Dallavalle, F.Fabbri, P.Giacomelli, C.Grandi, S.Marcellini, P.Mazzanti, A.Montanari, F.Odorici, A.Perrotta
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: S.Arcelli, D.Bonacorsi, A.Fanfani, C.Montanari, A.Renzi, R.Travaglini
Fotografia del rivelatore Compact Muon Solenoid (CMS) in costruzione al CERN. In rosso il ferro del giogo per il flusso di ritorno del campo magnetico generato dal solenoide di CMS. Nel giogo sono alloggiate le camere per la rivelazione di muoni.
Il rivelatore Compact Muon Solenoid (http://cms.web.cern.ch/cms/index.html) è progettato per studiare le interazioni protone-protone a 14 TeV prodotte dal Large Hadron Collider del CERN. Si cercherà il bosone di Higgs, elemento chiave del meccanismo con cui le particelle acquistano massa nel Modello Standard, nell'intervallo tra 100 GeV e 1 TeV. Si cercheranno anche nuovi fenomeni fisici, come le SuperSimmetrie, necessari per superare le incongruenze teoriche del Modello Standard. Per questi studi la rivelazione di muoni ha un ruolo prioritario. Il gruppo di Bologna (http://www.bo.infn.it/cms/) partecipa alla costruzione (i) delle 250 camere di tubi a deriva per la rivelazione di muoni a grande angolo, (ii) dell'elettronica per il trigger muonico, (iii) del sistema di calcolo per il controllo del rivelatore e l'analisi dei dati. Nel 2003 una camera equipaggiata con l'elettronica di trigger è stata sottoposta ad un fascio di test di muoni di 100 GeV: l'eccellente performance ha convalidato appieno il progetto. Si sono inoltre effettuati test intesivi del sistema di calcolo con grandi quantità di dati distribuiti e analizzati via rete.
1.5 Esperimento LHCb
Personale dell'Università: A. Bertin, M. Capponi, S. De Castro, D. Galli, I. Massa, M. Poli, N. Semprini Cesari, A. Vitale, A. Zoccoli
Personale Enti di Ricerca (INFN): M. Bruschi, B. Giacobbe, U. Marconi, M. Piccinini, R. Spighi, S. Vecchi, M. Villa
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: G. Balbi, M. Bargiotti, A. Carbone, L. Fabbri, P. Faccioli, D. Gregori, F. Grimaldi,V. Vagnoni
L'esperimento LHCb (http://lhcb.web.cern.ch/lhcb) è dedicato allo studio della violazione della simmetria CP nel settore del quark beauty. Si propone di effettuare misure di elevata precisione dei parametri della matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa e di studiare decadimenti rari dei mesoni Bd e Bs che consentono di controllare al limite estremo le previsioni del Modello Standard e di esplorare eventuale fisica al di là di esso. Le attività del gruppo di Bologna (http://www.bo.infn.it/lhcb/) sono le seguenti:
Personale Enti di Ricerca (INFN): M. Bruschi, B. Giacobbe, U. Marconi, M. Piccinini, R. Spighi, S. Vecchi, M. Villa
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: G. Balbi, M. Bargiotti, A. Carbone, L. Fabbri, P. Faccioli, D. Gregori, F. Grimaldi,V. Vagnoni
L'esperimento LHCb (http://lhcb.web.cern.ch/lhcb) è dedicato allo studio della violazione della simmetria CP nel settore del quark beauty. Si propone di effettuare misure di elevata precisione dei parametri della matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa e di studiare decadimenti rari dei mesoni Bd e Bs che consentono di controllare al limite estremo le previsioni del Modello Standard e di esplorare eventuale fisica al di là di esso. Le attività del gruppo di Bologna (http://www.bo.infn.it/lhcb/) sono le seguenti:
1.6 Esperimento AMS-02
Personale dell'Università: A.Contin, G.Levi, F.Palmonari, A.Zichichi
Personale Enti di Ricerca (INFN): G.Castellini(CNR), F.Cindolo, G.Laurenti, A.Margotti
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: C.Sbarra, D.Casadei
Il gruppo AMS-Bologna è inserito in una Collaborazione internazionale con la NASA in un programma di ricerca ventennale per lo studio dei Raggi Cosmici primari con lo spettrometro spaziale Alpha Magnetic Spectrometer (AMS). Gli scopi dell'esperimento sono la ricerca di Antimateria extragalattica, lo studio della origine e propagazione dei Raggi Cosmici (RC) e della natura della Materia Oscura galattica. La Collaborazione, iniziata nel 1995, ha lanciato nel 1998 uno spettrometro magnetico di prova (AMS-01) a 380 Km di altezza per 10 giorni a bordo dello Shuttle Discovery raccogliendo più di 20 milioni di RC. L'analisi dei dati ha prodotto le misure più precise esistenti sul flusso di RC primari fino a 140 GeV/nucleone e la scoperta di protoni ed elettroni di alta energia intrappolati nella magnetosfera terrestre al di sotto delle note fascie di Van Allen. Attualmente è in costruzione uno spettrometro (AMS-02) con un potere analizzante dieci volte superiore, grazie ad un magnete superconduttore. Il gruppo sta costruendo un sistema di contatori a scintillazione (TOF) per rivelare le particelle cariche che attraversano lo spettrometro, e misurarne la velocità e la carica.
Personale Enti di Ricerca (INFN): G.Castellini(CNR), F.Cindolo, G.Laurenti, A.Margotti
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: C.Sbarra, D.Casadei
Il gruppo AMS-Bologna è inserito in una Collaborazione internazionale con la NASA in un programma di ricerca ventennale per lo studio dei Raggi Cosmici primari con lo spettrometro spaziale Alpha Magnetic Spectrometer (AMS). Gli scopi dell'esperimento sono la ricerca di Antimateria extragalattica, lo studio della origine e propagazione dei Raggi Cosmici (RC) e della natura della Materia Oscura galattica. La Collaborazione, iniziata nel 1995, ha lanciato nel 1998 uno spettrometro magnetico di prova (AMS-01) a 380 Km di altezza per 10 giorni a bordo dello Shuttle Discovery raccogliendo più di 20 milioni di RC. L'analisi dei dati ha prodotto le misure più precise esistenti sul flusso di RC primari fino a 140 GeV/nucleone e la scoperta di protoni ed elettroni di alta energia intrappolati nella magnetosfera terrestre al di sotto delle note fascie di Van Allen. Attualmente è in costruzione uno spettrometro (AMS-02) con un potere analizzante dieci volte superiore, grazie ad un magnete superconduttore. Il gruppo sta costruendo un sistema di contatori a scintillazione (TOF) per rivelare le particelle cariche che attraversano lo spettrometro, e misurarne la velocità e la carica.
1.7 Esperimento SLIM
Personale dell'Università: G. Giacomelli, M. Spurio
Personale Enti di Ricerca: S. Cecchini (CNR), L. Patrizii, V. Popa (INFN)
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: T. Chiarusi, Di Ferdinando, M. Frutti, S. Manzoor, E. Medinaceli
La ricerca di monopoli magnetici nella radiazione cosmica rimane uno dei principali temi della fisica astroparticellare. Gli esperimenti condotti ad alta quota consentono di ricercare queste particelle a partire da masse inferiori a quelle rivelabili con apparati al suolo o sotterranei. L'esperimento SLIM è un apparato di grande area di rivelatori nucleari a tracce installato a 5300 m s.l.m. presso il laboratorio di fisica cosmica di Chacaltaya in Bolivia. I primi 90 m2 di rivelatori sono stati analizzati. L'analisi dei rimanenti 350 m2 permetterà di stabilire il limite più stringente sul flusso di monopoli magnetici di massa intermedia (105 - 1012 GeV), ed anche di nucleariti (aggregati di quarks u, d, s) e Q-balls (aggregati di squarks, sleptoni e campi di Higgs).
Fotografia dei Laboratori ad alta quota di Chacaltaya (Bolivia), a 5230 m sul livello del mare, dov'è situato l'esperimento SLIM
Personale Enti di Ricerca: S. Cecchini (CNR), L. Patrizii, V. Popa (INFN)
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: T. Chiarusi, Di Ferdinando, M. Frutti, S. Manzoor, E. Medinaceli
La ricerca di monopoli magnetici nella radiazione cosmica rimane uno dei principali temi della fisica astroparticellare. Gli esperimenti condotti ad alta quota consentono di ricercare queste particelle a partire da masse inferiori a quelle rivelabili con apparati al suolo o sotterranei. L'esperimento SLIM è un apparato di grande area di rivelatori nucleari a tracce installato a 5300 m s.l.m. presso il laboratorio di fisica cosmica di Chacaltaya in Bolivia. I primi 90 m2 di rivelatori sono stati analizzati. L'analisi dei rimanenti 350 m2 permetterà di stabilire il limite più stringente sul flusso di monopoli magnetici di massa intermedia (105 - 1012 GeV), ed anche di nucleariti (aggregati di quarks u, d, s) e Q-balls (aggregati di squarks, sleptoni e campi di Higgs).
Fotografia dei Laboratori ad alta quota di Chacaltaya (Bolivia), a 5230 m sul livello del mare, dov'è situato l'esperimento SLIM
1.8 Esperimento OPERA
Personale dell'Università: G. Giacomelli, M.Sioli
Personale Enti di Ricerca (INFN): G. Mandrioli, L. Patrizii
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: L.Consiglio, M.Cozzi, L.S.Esposito, M.Giorgini, G. Sirri
L'esperimento OPERA si propone l'osservazione diretta della comparsa del ντ da oscillazioni νμ↔ντ nel fascio di neutrini a "lunga base" dal CERN ai Laboratori del Gran Sasso. L'apparato sperimentale è basato su una struttura modulare di rivelatori, i cui elementi, composti di lastre di piombo intervallate da lastrine di emulsione, permetteranno l'osservazione del τ prodotto nell'interazione del ντ attraverso i suoi decadimenti. Il bersaglio piombo/emulsioni unisce la caratteristica di un tracciamento ad alta precisione (<1 μm di risoluzione spaziale) ad una grande massa del bersaglio (1.8 kton). L'apparato, in corso di installazione, sarà completato nel 2006. All'interno della Collaborazione, il gruppo di Bologna partecipa, oltre al lavoro di simulazione ed analisi degli eventi previsti, all'allestimento e messa a punto delle macchine di misura automatica e veloce delle emulsioni, necessarie per l'esame del gran numero di lastre prodotte giornalmente dall'esperimento. Due di tali sistemi sono stati installati nel Dipartimento e stanno misurando lastre di test esposte a fasci di pioni. (http://operaweb.lngs.infn.it/).
Personale Enti di Ricerca (INFN): G. Mandrioli, L. Patrizii
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: L.Consiglio, M.Cozzi, L.S.Esposito, M.Giorgini, G. Sirri
L'esperimento OPERA si propone l'osservazione diretta della comparsa del ντ da oscillazioni νμ↔ντ nel fascio di neutrini a "lunga base" dal CERN ai Laboratori del Gran Sasso. L'apparato sperimentale è basato su una struttura modulare di rivelatori, i cui elementi, composti di lastre di piombo intervallate da lastrine di emulsione, permetteranno l'osservazione del τ prodotto nell'interazione del ντ attraverso i suoi decadimenti. Il bersaglio piombo/emulsioni unisce la caratteristica di un tracciamento ad alta precisione (<1 μm di risoluzione spaziale) ad una grande massa del bersaglio (1.8 kton). L'apparato, in corso di installazione, sarà completato nel 2006. All'interno della Collaborazione, il gruppo di Bologna partecipa, oltre al lavoro di simulazione ed analisi degli eventi previsti, all'allestimento e messa a punto delle macchine di misura automatica e veloce delle emulsioni, necessarie per l'esame del gran numero di lastre prodotte giornalmente dall'esperimento. Due di tali sistemi sono stati installati nel Dipartimento e stanno misurando lastre di test esposte a fasci di pioni. (http://operaweb.lngs.infn.it/).
1.9 Esperimento LVD
Personale dell'Università: M. Basile, G. Sartorelli, A. Zichichi
Personale Enti di Ricerca (INFN): P. Antonioli, G. Bari, P. Giusti, M.L. Luvisetto, A. Pesci
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: M. Garbini, H. Menghetti, M. Selvi
L'esperimento LVD, installato nei Laboratori del Gran Sasso, è un osservatorio di neutrini di bassa energia provenienti da collassi gravitazionali di stelle massive situate nella nostra galassia. L'esperimento è attivo dal 1992 con una massa di scintillatore liquido via via crescente fino alle 1000 tonnellate raggiunte nel 2000. L'attività principale svolta nel 2003 riguarda il monitor continuo, con un'efficienza maggiore del 99% , di supernovae nella nostra galassia. Insieme agli altri esperimenti che possono rivelare i collassi stellari, sono in atto i test per la rete SNEWS, tramite la quale verrà inviata un'allerta, nel caso di rivelazione di supernova, agli osservatori ottici e di onde gravitazionali. Si sta studiando, inoltre, come il fenomeno delle oscillazioni di neutrino influenzi il segnale di neutrini rivelati in caso di collasso, in modo da poter discriminare fra alcuni dei modelli ipotizzati. LVD sarà investito, a partire dal 2006, dai neutrini del fascio CNGS, prodotti al CERN; si riveleranno circa 150 eventi al giorno e si potrà in questo modo monitorare il fascio con buona statistica. (http://www.bo.infn.it/lvd/)
Personale Enti di Ricerca (INFN): P. Antonioli, G. Bari, P. Giusti, M.L. Luvisetto, A. Pesci
Assegnisti, Dottorandi, Borsisti: M. Garbini, H. Menghetti, M. Selvi
L'esperimento LVD, installato nei Laboratori del Gran Sasso, è un osservatorio di neutrini di bassa energia provenienti da collassi gravitazionali di stelle massive situate nella nostra galassia. L'esperimento è attivo dal 1992 con una massa di scintillatore liquido via via crescente fino alle 1000 tonnellate raggiunte nel 2000. L'attività principale svolta nel 2003 riguarda il monitor continuo, con un'efficienza maggiore del 99% , di supernovae nella nostra galassia. Insieme agli altri esperimenti che possono rivelare i collassi stellari, sono in atto i test per la rete SNEWS, tramite la quale verrà inviata un'allerta, nel caso di rivelazione di supernova, agli osservatori ottici e di onde gravitazionali. Si sta studiando, inoltre, come il fenomeno delle oscillazioni di neutrino influenzi il segnale di neutrini rivelati in caso di collasso, in modo da poter discriminare fra alcuni dei modelli ipotizzati. LVD sarà investito, a partire dal 2006, dai neutrini del fascio CNGS, prodotti al CERN; si riveleranno circa 150 eventi al giorno e si potrà in questo modo monitorare il fascio con buona statistica. (http://www.bo.infn.it/lvd/)
Fotografia dell'esperimento LVD, installato nei Laboratori del Gran Sasso. LVD è un osservatorio di neutrini di bassa energia provenienti da collassi gravitazionali di stelle massive situate nella nostra galassia
1.10 Esperimento ANTARES
Personale dell'Università: G. Giacomelli, A. Margiotta, M. Spurio.
Personale Enti di Ricerca: S. Cecchini (CNR), V. Popa (INFN)
Dottorandi: Y. Becherini.
La collaborazione ANTARES sta costruendo un telescopio di neutrini sottomarino nel Mar Mediterraneo. Il telescopio sarà costituito da un reticolo di 900 fotomoltiplicatori, organizzati in 12 stringhe, per rivelare la luce Cherenkov emessa nell'acqua del mare da muoni originati dalle interazioni dei neutrini. L'apparato sarà posto ad una profondità di 2400 metri a circa 40 km di fronte a Tolone (Francia). L'obiettivo scientifico di ANTARES è la rivelazione di neutrini di alta energia prodotti da sorgenti astrofisiche galattiche ed extragalattiche (nuclei galattici attivi, gamma ray burst, quasar, resti di supernovae,..). Si effettuerà, inoltre, una ricerca indiretta di WIMP cercando i neutrini provenienti dall'annichilazione dei neutralini intrappolati nel centro del sole, della terra e della Galassia. Nel 2005 verranno deposte le prime stringhe ed il completamento del rivelatore è previsto per il 2007. Il gruppo di Bologna si occupa di simulare la risposta del rivelatore a muoni atmosferici e del problema della riduzione del fondo.
Personale Enti di Ricerca: S. Cecchini (CNR), V. Popa (INFN)
Dottorandi: Y. Becherini.
La collaborazione ANTARES sta costruendo un telescopio di neutrini sottomarino nel Mar Mediterraneo. Il telescopio sarà costituito da un reticolo di 900 fotomoltiplicatori, organizzati in 12 stringhe, per rivelare la luce Cherenkov emessa nell'acqua del mare da muoni originati dalle interazioni dei neutrini. L'apparato sarà posto ad una profondità di 2400 metri a circa 40 km di fronte a Tolone (Francia). L'obiettivo scientifico di ANTARES è la rivelazione di neutrini di alta energia prodotti da sorgenti astrofisiche galattiche ed extragalattiche (nuclei galattici attivi, gamma ray burst, quasar, resti di supernovae,..). Si effettuerà, inoltre, una ricerca indiretta di WIMP cercando i neutrini provenienti dall'annichilazione dei neutralini intrappolati nel centro del sole, della terra e della Galassia. Nel 2005 verranno deposte le prime stringhe ed il completamento del rivelatore è previsto per il 2007. Il gruppo di Bologna si occupa di simulare la risposta del rivelatore a muoni atmosferici e del problema della riduzione del fondo.
L'inizio della costruzione del telescopio sottomarino per neutrini ANTARES. Il Telescopio verrà situato a circa 2500 m di profondità nel Mar Mediterraneo, a 40 km dalla costa a largo di Tolone. Il sottomarino NAUTILE effettuerà le connessioni: in basso, la connessione della linea prototipo nel Marzo 2003.
1.11 Esperimento NEMO-RD
Personale dell'Università: E. Gandolfi, A. Gabrielli, D. Falchieri, A. Margiotta, M. Spurio
Collaboratori esterni: M.Masetti (INFN)
Dottorandi: T. Chiarusi
Il progetto NEMO-RD (NEutrino Marine Observatory), è entrato nella fase progettuale finalizzata a proporre un prototipo funzionante con due sole torri e collocato al largo di Catania. Questa fase dovrebbe completarsi nel 2006. Il gruppo di Bologna segue due settori dell'esperimento: l'elettronica di front-end del modulo ottico ed il software per le simulazioni Monte Carlo. Per la parte elettronica ha continuato i test relativi al corretto funzionamento del modulo denominato DP&TU (Data Processing and Transmission Unit). Il modulo DP&TU servirà per generare le temporizzazioni necessarie per il funzionamento della LIRA (un chip preposto alla memorizzazione analogica del segnale proveniente dal fotomoltiplicatore del modulo ottico) sia per la gestione dei comandi di controllo e trasmissione dei dati. Dal punto di vista del software, studiamo tramite simulazioni Monte Carlo il fondo dovuto ai muoni e multimuoni atmosferici e possibili configurazioni di trigger non locali.
Collaboratori esterni: M.Masetti (INFN)
Dottorandi: T. Chiarusi
Il progetto NEMO-RD (NEutrino Marine Observatory), è entrato nella fase progettuale finalizzata a proporre un prototipo funzionante con due sole torri e collocato al largo di Catania. Questa fase dovrebbe completarsi nel 2006. Il gruppo di Bologna segue due settori dell'esperimento: l'elettronica di front-end del modulo ottico ed il software per le simulazioni Monte Carlo. Per la parte elettronica ha continuato i test relativi al corretto funzionamento del modulo denominato DP&TU (Data Processing and Transmission Unit). Il modulo DP&TU servirà per generare le temporizzazioni necessarie per il funzionamento della LIRA (un chip preposto alla memorizzazione analogica del segnale proveniente dal fotomoltiplicatore del modulo ottico) sia per la gestione dei comandi di controllo e trasmissione dei dati. Dal punto di vista del software, studiamo tramite simulazioni Monte Carlo il fondo dovuto ai muoni e multimuoni atmosferici e possibili configurazioni di trigger non locali.