Fisica delle Particelle al Large Hadron Collider: CMS al CERN

CMS è l'acronimo dell'inglese "Compact Muon Solenoid", ossia solenoide muonico compatto.

La maggior parte dei rivelatori per la fisica delle particelle elementari sono realizzati attorno ad un sistema magnetico di qualche tipo allo scopo di agevolare la misura del momento delle particelle cariche. CMS non si allontana da questo modello: è infatti stato deciso di usare un grosso solenoide superconduttore, lungo circa 12 metri e con un diametro interno di approssimativamente 6 metri.

L'intensità del campo magnetico è di 3.8 Tesla: circa centomila volte quella del campo magnetico terrestre. Questo solenoide è il più grosso magnete di questo tipo mai costruito, ed è in grado di contenere tutti i dispositivi di tracciamento e di calorimetria al suo interno, permettendo di costruire un apparato piuttosto compatto. Al di fuori della bobina si trova il giogo di ferro per il ritorno delle linee di forza del campo. Questo giogo è fatto a strati intervallati da rivelatori di muoni; la configurazione del campo magnetico è tale da permettere la misura del momento dei muoni sia all'interno della bobina (mediante i tracciatori) sia all'esterno di questa (facendo uso delle camere a muoni). I muoni sono estremamente importanti nella fisica delle particelle elementari in quanto indicano che "qualcosa di interessante è avvenuto" e quindi possono essere usati come aiuto per trovare l'elusivo "ago nel pagliaio".

L'apparato CMS è complessivamente lungo circa 21 metri, con un diametro dell'ordine di 16 metri e pesa più di 12500 tonnellate. Ne segue che anche se il canale di accesso sarebbe sufficientemente largo da permettere il passaggio dell'intero apparato (grande come l'intera caverna sotterranea) non sarebbe comunque stato possibile calare nella caverna il completo rivelatore. CMS è quindi stato progettato in modo modulare allo scopo di permettere la costruzione ed il test separato dei vari componenti che lo costituiscono.

Analizzando i dati raccolti fino a giugno 2012, CMS ha osservato un eccesso di eventi, rispetto alle previsioni del fondo sperimentale, ad una massa di circa 125 GeV con una significatività statistica superiore a cinque deviazioni standard. La probabilità che l’effetto sia dovuto unicamente ad una fluttuazione statistica del fondo ad un livello superiore o equivalente di significatività è pari ad un caso su tre milioni. Questa osservazione è più attendibile nei due stati finali con la migliore risoluzione sulla misura della massa invariante: per primo lo stato finale con due fotoni, seguito dallo stato finale con due coppie di leptoni carichi (elettroni o muoni).

CMS ha interpretato questo effetto come dovuto alla produzione di una nuova particella con una massa di circa 125 GeV.

La nuova particella osservata a circa 125 GeV è compatibile, data la precisione statistica attuale, con le predizioni teoriche del bosone di Higgs del modello standard. Comunque, è necessario un campione statistico più ampio per misurarne le proprietà, come ad esempio la frazione dei decadimenti nei vari canali (γγ, ZZ, WW, bb and ττ) e le sue caratteristiche intrinseche di spin e parità. Solo in questo modo si potrà distinguere se l’osservazione è da attribuirsi al bosone di Higgs del modello standard o piuttosto dovuto a nuovi fenomeni fisici.

L'8 ottobre 2013 Peter Higgs e François Englert sono stati insigniti del premio Nobel per la Fisica, per aver previsto in modo indipendente l'esistenza del bosone di Higgs.

Il gruppo di Trieste è da molti anni impegnato in vari settori dell’esperimento, avendo contribuito alle attività del calorimetro elettromagnetico ed allo sviluppo e gestione del software e dei sistemi di calcolo della collaborazione. Partecipa inoltre a studi di precisione di processi del Modello Standard che costituiscono importanti fondi alla ricerca di nuova fisica.

 

Immagini e grafici dal CMS Higgs Seminar (4 luglio 2012)

Evento registrato dal rivelatore CMS nel 2012 ad un'energia nel centro di massa di 8 TeV nella collisione protone-protone. L'evento mostra le caratteristiche attese per il decadimento del bosone di Higgs in una coppia di fotoni (linee tratteggiate e torri verdi).

Distribuzione della massa invariante della coppia di fotoni, ottenuta con i dati di CMS raccolti nel 2011 e 2012 (punti neri con barre d'errore). I dati sono ripesati dal rapporto segnale/rumore per ogni categoria di eventi. La linea rossa rappresenta il fit per la somma di segnale e fondo; la linea tratteggiata rappresenta il solo fondo.

Distribuzione della massa invariante ricostruita dai quattro leptoni per la somma dei canali 4e, 4μ e 2e2μ. I punti rappresentano i dati, gli istogrammi colorato e vuoto rispettivamente il fondo e il segnale attesi. Le distribuzioni sono rappresentate come istogrammi sovrapposti. La misura corrisponde all'intero campione di dati raccolti alle energie nel centro di massa di 7 TeV ed 8 TeV.

Responsabile del gruppo di ricerca
Responsabile: 
Giuseppe Della Ricca

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Ultimo aggiornamento: 23-11-2017 - 18:50