Analisi dati a Bologna
I settori di fisica ai quali partecipa il gruppo di Bologna sono i seguenti:
Fisica del bosone di Higgs: il meccanismo di Brout-Englert-Higgs, fu concepito nel 1964 e fu inserito nel Modello Standard (MS) allo scopo di conferire massa ai bosoni di gauge W e Z, i mediatori della forza debole, che altrimenti ne sarebbero privi. L'introduzione nel MS di un nuovo campo, il campo di Higgs, del quale il bosone di Higgs è uno dei quanti, "innesca" una rottura spontanea della simmetria di gauge elettrodebole in modo tale da conferire massa ai bosoni deboli, e lasciare privi di massa i fotoni, i bosoni mediatori del campo elettromagnetico. Nella sua accezione più generale, il meccanismo è in grado di conferire massa anche ai quark e ai leptoni, i costituenti elementari della materia. Nel 2012 gli esperimenti ATLAS e CMS hanno osservato per la prima volta una particella di massa pari a circa 125 GeV che presentava le caratteristiche del bosone di Higgs previste dal MS. Dopo la scoperta gli esperimenti hanno iniziato una dettagliata analisi delle sue proprietà, e continueranno ad effettuare misure con precisione crescente per sottoporre il MS a verifiche sempre più stringenti. Le analisi dati nelle quali siamo coinvolti sono:
- Studio delle proprietà del bosone di Higgs nel canale di decadimento in 4 leptoni
- Studio della produzione associata del bosone di Higgs con una coppia top-anti-top nel canale di decadimento all-hadronic “boosted”
- Produzione di due bosoni di Higgs nel canale di decadimento HH → ZZ(4l)bb
Ricerca di Fisica oltre il Modello Standard: le previsioni del Modello Standard sono in ottimo accordo con i risultati fino ad oggi ottenuti dagli esperimenti. Tuttavia, alcune osservazioni fatte nel settore della fisica del neutrino e alcune importanti considerazioni di carattere teorico ci inducono a pensare che si tratti di una teoria incompleta. Il Modello Standard, ad esempio, non sembra in grado di spiegare la materia oscura, l'asimmetria esistente fra materia e antimateria osservata a livello cosmico, la grande differenza tra le masse dei neutrini e quella degli altri fermioni elementari. La ricerca di fisica oltre il Modello Standard è una delle motivazioni principali per le quali è stato costruito LHC e una parte rilevante delle analisi effettuate dalla collaborazione CMS è di questo tipo. Il nostro gruppo è coinvolto nella
Fisica del quark top: il quark top fu osservato nel 1995 e, fra i costituenti elementari della materia considerati nel Modello Standard (i quark e i leptoni), è quello con la massa maggiore. La grandissima energia alla quale avvengono le collisioni a LHC permette di produrre quark top in abbondanza, per cui gli esperimenti possono esplorare in modo più incisivo questo settore e studiare le proprietà del quark top con maggiore precisione. Le analisi dati nelle quali siamo coinvolti sono:
- Misura delle sezioni d'urto differenziali di produzione di coppie top-antitop, a diverse energie, nel canale di decadimento all-hadronic
- Misura di precisione della massa del quark top, nel canale di decadimento all-hadronic
Ricerca di segnali di quark-gluon plasma (QGP) in “small systems”: nel programma di studio delle collisioni fra nuclei di ioni pesanti a LHC, i risultati ottenuti nelle collisioni p-p avrebbero dovuto fungere da riferimento per confrontare un sistema interagente privo di QGP con uno nel quale questo nuovo stato della materia potrebbe formarsi. L’osservazione in interazioni p-p di fenomeni che fino a poco tempo fa si riteneva fossero peculiari della formazione di QGP ha destato un notevole interesse nella comunità di riferimento. Non è chiaro a questo punto se certi segnali considerati indicativi della formazione di QGP non debbano essere più considerati tali o se, invece, il QGP si può produrre anche in interazione fra sistemi semplici come p-p, contrariamente a quanto si credeva. L’analisi nella quale siamo coinvolti è lo:
