In questa pagina: brevi descrizioni degli ultimi articoli pubblicati da ATLAS, alcuni articoli divulgativi su misure con forte coinvolgimento italiano e una serie di articoli divulgativi sui principali risultati ottenuti da ATLAS durante il Run1.
Le prime osservazioni dell’esperimento ATLAS dal RUN II a 13 TeV del Collider LHC sono state presentate alla Conferenza EPS-HEP 2015 in Vienna, 22-29 Luglio
La collaborazione ATLAS ha già registrato 100 pb-1 dei 113 prodotti dall’ LHC. La luminosità è stata misurata con i forward detector, calibrata con “mini van-der-Meer” scan, con una precisione del 9%.
Durante la pausa LS1 (2013-2015), il rivelatore, l’on-line, l’off-line ed il computing sono stati oggetto di importanti upgrade, insieme alle infrastrutture (magneti, criogenia e beam pipe): i risultati presentati all’ EPS dimostrano che tutti i miglioramenti sono stati integrati e commissionati con successo. In particolare, il tracking di ATLAS nel Run 2 sta utilizzando con successo il nuovo layer del rivelatore Pixel a Silicio, l’IBL, che ha permesso di introdurre miglioramenti negli algoritmi di tracking. ATLAS ha presentato all’ EPS numerosi risultati di fisica, dimostrando di essere pienamente impegnata nell’analisi dei nuovi dati a 13 TeV, dei quali è già stata mostrata una notevole comprensione dopo solo poche settimane di “corsa”.
Uno dei risultati più interessanti, che sfrutta le informazioni del tracciatore a livello on-line, è la misura delle correlazioni di coppie di particelle in collisioni protone-protone a 13 TeV, utilizzando i dati raccolti nel corso di una presa dati a bassa luminosità condotta a Giugno 2015.
Precedenti studi di correlazioni angolari di coppie di particelle in collisioni protone-protone, protone-piombo e piombo-piombo a LHC, hanno fornito importanti indicazioni sulla fisica del processo di produzione di particelle in collisioni adroniche.
| La funzione di correlazione (Fig. 1) tra coppie di particelle mostrano un incremento in ?f (ridge o cresta) vicino a 0 in un ampio intervallo di valori ?? in eventi ad elevata molteplicità di tracce. Nel caso di collisioni nucleo-nucleo, si ritiene che questa cresta sia legata a dinamiche collettive del plasma di quark e gluoni ma la sua origine nel caso di collisioni protone-nucleo o protone-protone è argomento di dibattito . |  |
Con lo stesso set di dati, ATLAS ha presentato anche le sue prime misure di processi “soft” di interazione forte: è stato quindi mostrato uno studio, basato su circa 9 milioni di eventi, della molteplicità di particelle cariche, con la relativa dipendenza dal momento trasverso e dalla pseudorapidità, insieme alla dipendenza della quantità di moto transverso media dalla molteplicità di particelle cariche.
| ATLAS ha anche cominciato a ricostruire getti nel Run 2 e a definire la precisione con cui la loro energia può essere misurata che, per alti valori di quest’ultima, è già paragonabile a quella raggiunta nel Run 1. Questa misura è un primo passo per ulteriori ricerche di nuove particelle e test più severi del Modello Standard. Sono state quindi presentate le prime misure della sezione d’urto di produzione di jet centrali (Fig. 2) ( e di fotoni) con i dati a 13 TeV. Le prime misure relative alla produzione di J/Psi, e bosoni W e Z mostrano accordo con le previsioni del Modello standard per collisioni a 13 TeV. | 
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Infine, usando solo i dati raccolti nel mese di Giugno e ai primi di Luglio di quest’anno, la collaborazione ATLAS è stata in grado di misurare la sezione d’urto di produzione per produzione di coppie della più pesante particella fondamentale nota: il quark top, con una precisione di poco meno del 14 % – attualmente limitata dall’ incertezza sulla luminosità. Un tale risultato è una lampante conferma della qualità dei dati presi finora e del livello di comprensione del rilevatore raggiunto in poche settimane.
Per ulteriori informazioni: Search for Higgs boson decays to a photon and a Z boson in pp collisions at sqrt(s)=7 and 8 TeV with the ATLAS detector
Search for Higgs boson decays to a photon and a Z boson in pp collisions at sqrt(s)=7 and 8 TeV with the ATLAS detector
journal: Physics Letters B 732 (2014) (arXiv:1402.3051)
Continuano ad ATLAS gli studi per comprendere la vera natura del bosone di Higgs prodotto nelle collisioni protone protone a LHC. In questo studio si cerca il suo decadimento in una particella Z e un fotone. Questo processo non avviene direttamente ma attraverso la creazione di particelle virtuali che a loro volta producono lo stato finale composto da uno Z e un fotone. Le particelle virtuali vivono per un tempo brevissimo e possono essere di diversi tipi. Il Modello Standard fa predizioni molto chiare su quali contribuiscono a questo processo. Potrebbero però esistere particelle oltre il Modello Standard in grado di modificare i risultati attesi. Se il numero di decadimenti osservati fosse sensibilmente diverso da quello stimato dalla teoria Standard saremmo di fronte ad una scoperta sensazionale.
| ATLAS ha analizzato tutti i dati raccolti in questi anni cercando eventi con due leptoni (elettroni o muoni) provenienti dal decadimento di una Z e un fotone. Sommando le energie misurate dei leptoni e del fotone si ottiene la distribuzione mostrata in figura. I punti neri indicano il numero di eventi contati ad un dato valore di energia totale. Per un processo di decadimenti dell’Higgs ci si aspetta un picco in corrispondenza della sua massa, pari a circa 125 GeV. In realtà si osservano solo eventi provenienti da altri processi noti e molto più frequenti. |  |
Occorrerà raccogliere molti più dati per poter distinguere i decadimenti dell’Higgs dal fondo continuo. La ricerca è rimandata al 2015 quando riprenderanno le collisioni a LHC.
Search for a Multi-Higgs Boson Cascade in W+W- bbar events with the ATLAS detector in pp collisions at vs = 8 TeV
journal: Physical Review D 89, 032002 (2014) (arXiv:1312.1956)
Il bosone di Higgs è stato osservato recentemente ad ATLAS e CMS confermando quanto predetto dal Modello Standard, la teoria che descrive il mondo delle particelle subatomiche.
Molte sono però le domande che i fisici ancora si pongono sulla natura di questa particella. Ad esempio quella trovata potrebbe non essere elementare, ma composta. Oppure, potrebbero esistere altri bosoni di Higgs più pesanti di quello osservato e dotati di carica elettrica, come previsto ad esempio dalla teoria della Supersimmetria.
| Una possibile ricerca di queste ipotetiche particelle è descritta in questo articolo. Sono state analizzate tutte le collisioni tra protoni avvenute a LHC nel 2012 cercando un processo come quello rappresentato in figura: due gluoni (le “g” a sinistra), le particelle che tengono legati i quarks dentro i protoni, si scontrano producendo un bosone di Higgs pesante H0; questo si trasforma in un bosone W e in un bosone di Higgs carico H+, che a sua volta si trasforma in un bosone W ed un bosone di Higgs “standard” h0; quest’ultimo conclude la “cascata” trasformandosi in due quark b. |  |
Nello stato finale prodotto dalle collisioni tra protoni si cercano quindi eventi con due bosoni W e due quark b. Sono stati osservati eventi simili a questi, ma sono tutti riconducibili alla produzione di coppie di quark top e anti-top o ad altri processi previsti dal Modello Standard. Nulla a che vedere però con gli ipotetici bosoni di Higgs pesanti, permettendo ad ATLAS di porre limiti più stringenti sulle teorie che ne prevedono l’esistenza.
Search for dark matter in events with a hadronically decaying W or Z boson and missing transverse momentum in pp collisions at sqrt(s)=8 TeV with the ATLAS detector
Journal: Phys. Rev. Lett. 112, 041802 (2014) (arXiv:1309.4017)
Uno degli obiettivi principali degli esperimanti a LHC è di svelare il mistero della cosiddetta materia oscura (dark matter). Grazie a diverse misure e osservazioni cosmologiche sappiamo infatti che solo una piccola percentuale della materia dell’Universo è composta da particelle note, come elettroni o protoni. L’origine e la natura della restante materia è ignota. Sappiamo però che tale materia interagisce poco con la materia ordinaria ed in particolare con la luce (da cui l’attributo oscura).
| Ipotetiche particelle che compongono la materia oscura potrebbero essere prodotte negli urti tra protoni a LHC. A causa della loro scarsa in terazione con la materia ordinaria però tali particelle attraverserebbero inosservate i rivelatori. Per questo motivo, i ricercatori di ATLAS cercano eventi in cui le particelle di materia oscura sono prodotte in associazione ad altre particelle note. |  |
Come nel processo schematizzato nella figura accanto: andando da sinistra verso destra un quark u ed un anti-quark d interagiscono producendo una particella W (quella del Nobel a Rubbia) e due particelle di materia oscura. La materia oscura scappa inosservata, ma dalla direzione e energia del W è possibile inferirne il passaggio.
ATLAS ha analizzato tutti i dati raccolti senza ottenere alcuna evidenza di produzione di materia oscura.
Search for new phenomena in photon + jet events collected in proton-proton collisions at vs = 8 TeV with the ATLAS detector
Journal: Physics Letters B 728C (2014) 562-578 ( http://arxiv.org/abs/1309.3230 )
La materia di cui siamo composti è costruita con tre soli tipi di particelle elementari: elettroni; quark up e down. Oltre a queste particelle esistono però delle repliche più pesanti, cioè particelle uguali in tutto e per tutto a quelle ordinarie, ma di massa anche molte migliaia di volte più grandi.
Una possibile spiegazione di questo fenomeno potrebbe risiedere in una natura loro composta, come fossero piccoli atomi. Esattamente come questi allora, dovrebbe essere possibile eccitarle in stati di energia (massa) più alta. Questi stati eccitati tornerebbero in breve tempo verso quello originario, rilasciando energia sotto forma di fotoni (i quanti di luce).
In questo articolo viene descritta la ricerca di quark eccitati fatta ad ATLAS con i dati raccolti nel 2012.
| Se un quark eccitato venisse prodotto in una collisione tra protoni a LHC, dovremmo osservare nel rivelatore i segnali dovuti al quark ed al fotone provenienti dal suo successivo diseccitamento e potremmo dedurre la sua massa dalle energie di queste particelle. Lo spettro di massa misurato è riportato nella figura accanto: il numero di eventi in ordinata e la massa del sistema quark-fotone in ascissa. I dati sono mostrati con i pallini neri. |  |
Un eventuale segnale di quark eccitato darebbe delle distribuzioni simili a quelle mostrate in rosso, blu e viola (per diverse masse dell’ipotetico quark eccitato). Al contrario, i pallini neri (i dati) non mostrano alcuna struttura e sono compatibili con processi noti della fisica delle particelle.
Grazie a questa misura è possibile escludere l’esistenza di quark eccitati con masse inferiori a 3.5 TeV (circa 3500 volte la massa del protone).
Measurement of the mass difference between top and anti-top quarks in pp collisions at v s = 7 TeV using the ATLAS detector
Journal: Physics Letters B 728 (2014) 363-379 ( http://arxiv.org/abs/1310.6527)
Le attuali leggi della fisica prevedono che se l’Universo venisse riflesso in uno specchio, le particelle fossero sostituite dalle antiparticelle e il tempo fosse fatto scorrere all’indietro, non osserveremmo alcuna differenza. Questa simmetria, CPT, prende il nome dalla combinazione delle operazioni di inversione spaziale P, inversione di carica C e inversione temporale T.
| Se però la massa delle anti-particelle fosse diversa da quella delle particelle, questa simmetria non sarebbe più valida e noi ci accorgeremmo dell’avvenuta trasformazione CPT dell’ Universo. ATLAS ha messo alla prova questa legge misurando la differenza di massa tra il quark top e la sua antiparticella, l’anti-top ottenendo Dm=0.67 ± 0.61(stat.) ± 0.41(syst.) GeV. Il risultato è consistente entro gli errori con la simmetria CPT. |
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Per fare ciò, sono stati identificati circa 13,000 eventi in cui coppie top e anti-top, prodotte nelle collisioni protone-protone di LHC, decadono in stati finali con almeno un elettrone o un muone molto energetici. Dall’energia dei prodotti di decadimento si misura, evento per evento, la differenza di massa Dm. La distribuzione osservata è mostrata nella figura accanto. I dati sono rappresentati dai punti neri con barra di errore, mentre la curva blu rappresenta la distribuzione teorica usata per estrarre il valore della differenza di massa.
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