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Fisica delle particelle agli acceleratori  

Gli esperimenti di fisica delle particelle che si avvalgono di macchine acceleratrici studiano le interazioni fondamentali della materia. Attualmente, la teoria migliore che descrive la nostra conoscenza della fisica subnucleare è il Modello Standard. Lo scopo della ricerca attuale è quello di ottenere una migliore comprensione di alcuni aspetti, come l'origine delle masse delle particelle. In questo contesto, la scoperta recente del bosone di Higgs rappresenta una grande passo avanti e determinarne le caratteristiche è ora una priorità. Gli scienziati sperano che gli esperimenti in corso li renderanno in grado di scoprire nuovi fenomenti e colmare alcune delle lacune del Modello Standard. Un esempio sarebbe la scoperta di particelle cosiddette supersimmetriche, alcune delle quali sono candidate come costituenti della materia oscura (sappiamo che questa pervade l'universo, ma non siamo stati in grado finora di rivelarle o descriverne la natura). Altri esempi sarebbero la scoperta di nuovi segnali che spieghino la asimmetria tra materia ed antimateria nel nostro universo, o provino l'evidenza di ulteriori dimensioni spazio-temporali.

Nel lavorare per la nostra conoscenza, gli esperimenti in fisica subnucleare esplorano due frontiere diverse e complementari dei nostri limiti sperimentali: la frontiera dell'energia e quella dell'alta intensità. Da un lato, usiamo acceleratori di particelle sempre più potenti per realizzare collisioni ad energie sempre più elevate e formazione di nuove particelle a LHC presso il CERN. Alternativamente, si cercano fenomeni di nuova fisica nel settore della fisica del "flavor" attarverso misure di precisione, deducendo le presenza di particelle di massa elevata attraverso il loro effetto sui processi ad energie inferiori. 

Questi tipi di ricerca richiedono l'accumulazione di grandi masse di dati che sono disponibili alle macchine per collisioni ad alta luminosità, dove in alcuni casi si può superare il valore delle masse di nuove particelle che si possono osservare direttamente a LHC. Entrambe queste linee di ricerca sono condotte a Milano: l'esperimento ATLAS alla frontiera dell'alta energia, e l'esperimento di flavor" BaBar, come pure il progettoi SuperB alla frontiera dell'alta intensità.

Gli esperimenti in fisica subnucleare richiedono l'uso di apparati grandi ed altamente complessi basati sulle ultime tecnologie nel ampo dei rivelatori, dell'elettronica, del sistema di acquisizione dati e dei sistemi di computer. Le collaborazioni per costruire questi apparati coinvolgono centinaia di fisici di istituti e laboratori di tutto il mondo (migliaia nel caso di LHC). Questi progetti sono esempi significativi di una coooperazione internazionale efficiente, che unisce assieme i migliori fisici mondiali ed offre un'opportunità per i giovani scienziati di ottenere esperienza e formarsi.

L'esperimento ATLAS alla frontiera dell'alta energia

ATLAS è un esperimento di fisica delle particelle che sta attualmente acquisendo dati al LHC presso il CERN. Il rivelatore ATLAS sta cercando nucove scoperte in collisioni frontali di protoni ad energie straordinariamente elevate. ATLAS ci darà nuove informazioni circa le forze fondamentali che hanno dato forma al nostro Universo a partire dall'inizio dei tempi e che determineranno il suo destino. Tra le incertezze possibili ci sono l'origine delle masse, dimensioni extra dello spazio, unificazione delle forze fondamentali ed evidenza per candidati di materia oscura nell'Universo.

Il gruppo di Milano ha avuto ed ha un ruolo importante nella costruzione, messa a punto e operatività del calorimentro e del rivelatore a Pixel dell'esperimento ATLAS. Il gruppo è attualmente cinvolto nella ricerca del bosone di Higgs, come pure delle particelle supersimmetriche, una possibile soluzione dell'enigma della mteria oscura. Il gruppo e il centro di calcolo INFN hanno contribuito in modo importante allo sviluppo del calcolo GRID e del software, e Milano ospita una macchina TIER2 per l'analisi dei dati di LHC.

Usando i dati ottenuti fino al Giugno 2012, ATLAS ha rilevato un eccesso di eventi ad una massa di circa 126 GeV con una significanza statistica di più di cinque deviazioni standard sul fondo. La probabilità che il fondo medesimo abbia una fluttuazione di questa portata è circa uno su tre milioni. L'evidenza è massima nei due stati finali con la migliore risoluzione in massa: anzitutto lo stato finale di due fotoni e secondariamente lo stato finale con due coppie di leptoni carichi (elettroni o muoni).

ATLAS ha interpretato questo fatto come dovuto alla produzione di una particella precedentemente non osservata con una massa si circa 126 GeV. la nuova particella è compatibile, nei limiti dell'accuratezza dell'attuale statistica, con il bosone di Higgs del modello standard. Tuttavia, più dati sono necessari per misurare le sue proprietà come la probabilità di decadimento nei vari canali (γγ, ZZ, WW, bb e ττ) e, in ultima analisi, il suo spin e parità. Di qui potremo accertare se si tratti del bosone di Higgs previsto dal Modello Standard o di un risultato di nuova fisica. 

Si può trovare più informazione sul gruppo ATLAS si Milano alle relative pagine. 

Fisica del "flavor" alla frontiera dell'alta intensità

BABAR è un esperimento di fisica delle particelle progettato per studiare alcune delle questioni fondamentali sull'universo tramite l'esplorazione dei suoi costituenti fondamentali - le particelle elementari. I temi di ricerca della collaborazione BABAR riguardano la natura dell'antimateria, le proprietà e le interazioni delle particelle note come quarks e leptoni, e le ricerche di nuova fisica. 

I temi di ricerca di interesse per il gruppo di Milano sono le ricerche di nuova fisica del quark charm e nei decadimenti del mesone B. Analizzando la gran mole di dati disponibile in BABAR, cerchiamo segnali che non possono essere spiegati nel modello standard delle particelle elementari e che richiedono una spiegazione alternativa.

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