TESI di DOTTORATO e di LAUREA  

Gruppo ATLAS Pixel

Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano - Sez. Fisica delle Particelle Elementari

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare


Prof. F. Ragusa e G. Vegni

Dott. C. Troncon, C. Meroni, T. Lari, M. Citterio, A. Andreazza, G. Alimonti


Sono disponibili alcuni temi di ricerca per il dottorato e alcune tesi di laurea a carattere sperimentale su argomenti di Fisica delle Particelle Elementari relativi ai seguenti progetti di ricerca sviluppati presso il gruppo ATLAS Pixel. Tali tesi possono riguardare sia aspetti software (con uso delle più moderne tecnologie informatiche), che hardware o elettronica oltre che analisi statistica dei dati. Nel corso dello svolgimento delle tesi, sono previsti periodi di permanenza al CERN per l'installazione e messa a punto dell'apparato sperimentale in preparazione all'inizio della presa dati all'LHC che avverra' nel 2007. E' prevista inoltre la partecipazione a riunioni con collaboratori europei e USA.
Inoltre, nell'ambito del progetto ERASMUS-SOCRATES per lo scambio di studenti fra Universita' Europee, è possibile anche svolgere una tesi nell'ambito del progetto ATLAS Pixel presso l'Università di Bonn.
Oltre ai temi di ricerca per il dottorato in Fisica e alle tesi qui di seguito elencate, che sono intese per il corso quadriennale di laurea in Fisica e per le tesi di laurea specialistica, sono disponibili anche argomenti per gli elaborati per il corso di laurea triennale ,(file).


Linea di Ricerca del gruppo ATLAS Pixels

Il gruppo è inserito nel grande esperimento ATLAS, progettato per verificare il meccanismo di rottura spontanea della simmetria elettrodebole del Modello Standard e la nuova fisica che può essere ad esso collegata al Large Hadron Collider (LHC) del CERN, acceleratore che supererà di un ordine di grandezza l'energia e la luminosità degli attuali acceleratori.

L'attività dominante riguarda la costruzione di un rivelatore di vertice a Pixel di silicio, in grado di fornire una misura della posizione delle particelle in prossimità del vertice di interazione con una risoluzione elevatissima (~10 micron). Questo permetterà l'identificazione dei vertici secondari prodotti dal decadimento di adroni contenenti quark pesanti (charm e beauty) e dal decadimento dei leptoni tau, identificazione che è essenziale per lo studio di molti processi fisici (ricerca del/dei bosoni di Higgs, ricerca di particelle supersimmetriche, fisica del quark top, del bosone W, B oscillations e studio della matrice CKM ...).

Il progetto del rivelatore è non solo innovativo, ma rappresenta una vera sfida scientifico-tecnologica data l'elevata frequenza di collisioni di LHC (40 MHz) e l'alto livello di radiazione cui questi rivelatori a pixel dovranno resistere data la loro collocazione in prossimità della regione di interazione.

I temi di ricerca proposti per il dottorato sono:

L'elevata sezione d'urto di produzione di quark top a LHC (con circa 10 milioni di eventi ttbar prodotti in un anno di attivita' alla luminosita' di 10**33 cm-2) permetterà di raccogliere, fin dai primi giorni di presa dati, una statistica di alcuni ordini di grandezza superiore a quella fino ad allora accumulata al Tevatron. Sarà quindi possibile misurare le proprietà del quark top con precisione molto maggiore di quanto possibile oggi. In particolare ciò sarà vero per la massa del top che svolge un ruolo importante in molte previsioni teoriche.
La fisica del top potrebbe anche essere la prima finestra per la scoperta di "nuova" fisica. Altri studi possibili saranno infatti : le correlazioni di spin ttbar, per studiare l'accopiamento anomalo e la violazione di CP; l'accoppiamento di Yukawa top quark - Bosone di Higgs; la ricerca di eventuali risonanze pesanti che decadono in ttbar (sensibilita' fino a 3 TeV); lo studio di decadimenti rari del quark top (FCNC - Flavour Changing Neutral Currents).
Inoltre lo studio dettagliato dei tre diversi meccanismi con cui il quark top viene prodotto singolarmente a LHC fornira' una grande quantita' di informazioni, incluse la misura di precisione dell'elemento Vtb della matrice CKM, la polarizzazione del W e del top e la ricerca di accoppiamenti anomali.
[Ref 1, 2].
Responsabile: F. Ragusa tel. 02-50317600, ragusa@mi.infn.it

Le teorie supersimmetriche prevedono l'esistenza di numerose particelle mai osservate, che dovrebbero essere prodotte in abbondanza dal nuovo acceleratore LHC, che iniziera' la sua attivita'nel 2007. La piu' leggera (e l'unica stabile) di queste particelle, il neutralino , si pensa possa costituire la materia oscura , che è responsabile del 90% della massa dell'universo ma non emette nessuna radiazione elettromagnetica.[Ref 1].
Responsabile: F. Ragusa tel. 02-50317600, ragusa@mi.infn.it

L' LHC permettera' studi di QCD, inclusi tests e misure di precisione, in una regione cinematica ancora inesplorata. Particolare interesse riveste lo studio delle PDF (parton distribution function) del protone e la misura della costante di accoppiamento forte a scala molto elevata.
La comprensione dettagliata della QCD e' importante per quasi tutti i processi fisici che saranno studiati a LHC, perche' i meccanismi di produzione sono per lo piu' controllati dalla QCD.
[Ref 1].
Responsabile: F. Ragusa tel. 02-50317600, ragusa@mi.infn.it

L'osservazione sperimentale di uno o piu' bosoni di Higgs sara' fondamentale per una migliore comprensione del meccanismo di rottura della simmetria elettrodebole. Sulla base delle presenti conoscenze teoriche, il settore di Higgs nel Modello Standard rimane vincolato solo debolmente, ma i vincoli attuali dalle correzioni radiative elettrodeboli suggeriscono che la regione a bassi valori della massa sara' particolarmente interessante.
Nelle teorie supersimmetriche, il settore di Higgs e' esteso a contenere almeno due doppietti di campi scalari. Nella versione minimale (modello MSSM), ci sono 5 particelle di Higgs fisiche: due (h e H) a CP-pari, uno (A) a CP-dispari e due carichi (H+-). Le previsione teoriche suggeriscono che il bosone di Higgs scalare neutro piu' leggero, h, abbia una massa < 150 GeV.
[Ref 1].
Responsabile: F. Ragusa tel. 02-50317600, ragusa@mi.infn.it

Inoltre sono disponibili le seguenti tesi per la laurea quadriennale o specialistica:







    Tesi ERASMUS-SOCRATES presso l'Università di Bonn

    Responsabile: F. Ragusa tel. 02-50317600, ragusa@mi.infn.it


    Progetto e realizzazione di regolatori di tensione resistenti alle radiazioni in tecnologia integrata

    Responsabile: M.Citterio tel:02-50317330, citterio@mi.infn.it

Il gruppo di Milano svolge un ruolo importante nella realizzazione delle strutture di controllo del rivelatore a pixel di ATLAS. Componenti elettroniche convenzionali non sono in grado di operare in presenza del grosso flusso di radiazione nell'esperimento ed è necessario provvedere alla realizzazione di componenti dedicate. La tesi consiste nella progettazione e realizzazione di un microchip in tecnologia deep-submicron in grado di stabilizzare la tensione di operazione del rivelatore e filtrare il rumore delle alimentazioni. Per svolgere il progetto, lo studente lavorerà con software di larga diffusione industriale per il design e la simulazione di microelettronica. Egli inoltre effettuerà la caratterizzazione in laboratorio dei circuiti integrati progettati.

Vengono inoltre proposte le seguenti tesi a contenuto fenomenologico.

Responsabile: C.Troncon tel. 02-50317388, troncon@mi.infn.it


Tutti gli argomenti indicati qui di seguito hanno una impostazione comune:
a partire dalle prestazioni aspettate per il rivelatore a Pixel in ATLAS in termine di risoluzione spaziale ed efficienza, si studierà
- la precisione nella ricostruzione delle tracce,
- la precisione nella misura del parametro d'impatto,
- l'efficienza di ricostruzione di vertici secondari per il riconoscimento dei quarks pesanti ( b e c tagging).
Queste prestazioni verranno poi applicate allo studio del particolare processo di fisica scelto.
Lo studente apprenderà e applicherà tecniche avanzate di analisi statistica dei dati, programmerà in ambiente Unix (Linux), avendo accesso al software ufficiale dell'esperimento ATLAS (CERN).

    Studi di canali di decadimento a multicorpi dello stop a LHC:

Le teorie supersimmetriche prevedono l'esistenza di numerose particelle mai osservate, che dovrebbero essere prodotte in abbondanza dal nuovo acceleratore. La piu' leggera (e l'unica stabile) di queste particelle, il neutralino , si pensa possa costituire la materia oscura , che è responsabile del 90% della massa dell'universo ma non emette nessuna radiazione elettromagnetica.

  • lo stop potrebbe essere l'unica particella SUSY accessibile (In alcune particolari configurazioni di parametri in cui l'higgs leggero è invisibile per problemi di interferenze con diagrammi di stop leggero, la sezione d'urto di produzione di stop è elevata)
  • interessante lo studio dei decadimenti sia a due che a tre corpi (quest'ultimo non è vincolato alla massa del chi02)
  • grosso link con la performance sperimentale: b-tagging e addirittura charm-tagging (quest'ultimo non è stato mai studiato a LHC, è chiaramente molto challenging).


    Ricerca di dimensioni supplementari a LHC:

  • varie topologie possibili: Jets+ETmiss, fotoni+ETmiss, di-leptons
  • interessante capire come vincolare i parametri della teoria (cioè la scala in energia e il numero di dimensioni supplementari)
  • interessante guardare anche come è fatto il settore Higgs nei vari modelli


    Misura dei parametri dei bosoni di Higgs Supersimmetrici:

Le teorie supersimmetriche, ancora da verificare sperimentalmente, prevedono l'esistenza di numerose nuove particelle, tra cui almeno cinque bosoni di Higgs, legati al meccanismo che genera la massa .

  • soggetto molto interessante che unisce aspetti di performance sperimentale (ad es. conoscenza della scala assoluta in energia, conoscenza della luminosità) a aspetti di fisica di "scoperta"
  • si tratta di vedere la precisione con cui i parametri dell'MSSM (tan-beta, masse degli Higgs) e gli accoppiamenti degli Higgs possono essere misurati a LHC
  • interessante anche per la "competizione" con Linear Colliders


    Studio della violazione di CP nel settore top a LHC:

L'elevato numero di quark top prodotto a LHC permetterà di misurare le proprietà di questa particella con precisione maggiore di quanto possibile oggi.

  • si tratta di guardare le distribuzioni angolari dei decadimenti per vedere effetti di violazione di CP
  • canale molto interessante, anche alla luce dei risultati recenti provenienti dalle B-factories.



L'elenco completo delle tesi è disponibile :
http://atlas-pixel.mi.infn.it/Physics/gen/Tesi_pixels.html

Per ulteriori informazioni, rivolgersi al Prof. F. Ragusa (Sez. Fisica delle Particelle Elementari - IV piano LITA, tel. 02-50317600, ragusa@mi.infn.it) e ai docenti indicati sopra - IV piano LITA, e-mail: cognome@mi.infn.it.

C T - Novembre 2005