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A Milène Calvetti e Cristiano Sebastiani gli ATLAS Thesis Awards 2020

28 Jan , 2021  

Gli ATLAS Thesis Award premiano quest’anno Milène Calvetti e Cristiano Sebastiani, due giovani collaboratori dell’esperimento ATLAS, dottorati nel 2020 presso l’Università di Pisa e l’Università di Roma “La Sapienza” .

Dopo la scoperta del bosone di Higgs nel 2012, si è passati allo studio delle sue proprietà; il programma di fisica dall’esperimento ATLAS prevede di misurare con sempre maggiore precisione tutti i possibili modi di produzione e decadimento del bosone di Higgs per averne un quadro sempre piu completo. Questo è importante per capire se le previsioni della fisica del bosone di Higgs siano sperimentalmente verificate, poiché eventuali discrepanze possono essere un’indicazione di nuova fisica al di là del Modello Standard.

Nella sua tesi, Milène ha studiato la produzione del bosone di Higgs associata ad un bosone elettrodebole W o Z (VH) (il terzo in ordine decrescente dei modi di produzione del bosone di Higgs) ed il suo decadimento in coppie di quark b, anche se si tratta della modalità di decadimento più frequente (poco più della metà dei bosoni di Higgs decadono in coppie di quark b), risulta molto difficile da identificare perché sommerso da una gran quantità di eventi di fondo.

Rappresentazione di un candidato evento di produzione di un bosone di Higgs che decade in due quark b (coni blu), in associazione con un bosone W che decade in un muone (rosso) e un neutrino. Il neutrino esce dal rivelarore senza essere osservato ed è ricostruito tramite l’impulso trasverso mancante (linea tratteggiata)

Milène ha contribuito a due importanti risultati con tecniche di analisi differenti: nel primo, le coppie di quark b provenienti dal bosone di Higgs sono ricostruite in due jet di particelle ben distinti; nel secondo tipo di analisi, è stata data più attenzione ad eventi dove il bosone di Higgs è prodotto a grande impulso e pertanto i prodotti di decadimento del bosone di Higgs  sono ricostruiti in  un unico jet.

Sezione d’urto di produzione del bosone di Higgs in produzione associata W/Z e che decade in una coppia di quark b per diversi valori dell’impulso trasverso del bosone vettore (W o Z). Le misure effettuate sono rappresentate dai pallini neri e le predizioni teoriche dalle linee rosse. (Da https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2018-52/)

La prima analisi ha portato a due importanti risultati mai osservati prima: il decadimento del bosone di Higgs in coppie di b-quarks e la produzione nel canale VH. La seconda analisi ha esteso queste prime osservazioni e ha testato le previsioni del Modello Standard in una regione cinematica dove effetti di fisica oltre il Modello Standard potrebbero risultare più evidenti.

Un confronto fra l’eccesso di dati (pallini neri) sugli eventi di fondo (sottratti dai dati). E` mostrata la massa ricostruita dai decadimenti H–> bb (rosso) ed il decadimento Z–>bb (grigio). Quest’ultimo è noto e viene usato per verificare parte di questa distrubuzione. (Da https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/HIGG-2018-52/)

Cristiano ha cercato segnali di fisica al di là del Modello Standard prodotti da un’ipotetica forza oscura mediata da un fotone oscuro che aprirebbe un nuovo settore non previsto dal Modello Standard. La particolarità di questo fotone oscuro è la sua lunga vita media che può farlo decadere in particelle del Modello Standard dopo aver percorso una distanza macroscopica all’interno del rivelatore ATLAS. Nel suo lavoro, Cristiano ha cercato evidenze sperimentali di decadimenti collimati di adroni leggeri e leptoni originati a distanze dell’ordine di decide di centimetri se non metri rispetto al vertice primario di collisione protone-protone. Questa ricerca ha comportato la modifica degli algoritmi di selezione on-line (trigger) e di ricostruzione per questo tipo di eventi. Il numero di eventi osservato è compatibile con quello previsto dagli eventi di fondo prodotti dal Modello Standard e sono stati pertanto stabiliti limiti sulla vita media e valori di accoppiamento di questi ipotetici fotoni oscuri.

Limiti del parametro cinetico di mescolamento in funzione della massa del fotone oscuro interpretati in termini del modello del portale vettoriale FRZV assumento diversi rapporti di decadimento del bosone di Higgs in settori nascosti (da https://cds.cern.ch/record/2688373/).

Questo tipo di analisi sarà particolarmente interessante anche nei prossimi run di collisioni di LHC: il Run3 (in partenza nel 2022) ed il futuro Run4 dove LHC produrra 10 volte piu collisioni rispetto al presente. Con l’elevata statistica raccolta sarà possibile estendere la ricerca nel settore oscuro in zone dei parametri al momento non testati da nessun esperimento.

Previsione degli spazi dei parametri esplorati del settore oscuro con 300 fb-1 di dati raccolti nel Run3 (arancione) e con 3000 fb-1 di dati raccoti (rosso).

L’ATLAS Thesis award premia ogni anno dal 2010, le più interessanti tesi di dottorato svolte in tutta la collaborazione internazionale ATLAS. Nelle scorse edizioni, questo premio era stato assegnato a Paolo Francavilla (2012) e Stefani Manzoni (2018), questa è la prima volta che viene assegnata nello stesso anno a due collaboratori di istituzioni italiane. Si tratta di un ottimo risultato per la collaborazione italiana di ATLAS! Congratulazioni quindi a Milène e Cristiano per questo importante riconoscimento, ed un in bocca al lupo per il proseguimento delle loro attività di ricerca in ATLAS durante il post dottorato.

Riferimenti:


M. Calvetti Studies on Hbb  decay and VH production with the ATLAS detector https://cds.cern.ch/record/2736150?ln=it
C. Sebastiani Through the looking glass and what ATLAS found there: a Dark Sector search for light Dark Matter https://cds.cern.ch/record/2725958?ln=it

Antonio Sidoti By



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