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Tesi etd-07052004-111753


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
Adragna, Paolo
email address
paolo.adragna@pi.infn.it
URN
etd-07052004-111753
Title
Test su Fascio del Calorimetro Adronico di ATLAS: dal Monitoraggio in Tempo Reale all'Ottimizzazione della Risoluzione Adronica
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
SCIENZE FISICHE E ASTROFISICHE
Commissione
relatore Dott.ssa Roda, Chiara
Parole chiave
  • Monitoring
  • Calorimetria
  • Risoluzione
  • ATLAS
Data inizio appello
20/07/2004;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
Alla fine del secolo scorso l&#39;Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare<br>(CERN) ha varato un nuovo programma di sperimentazioni che include la<br>costruzione di un nuovo collisore protone-protone, il Large Hadron Collider, e di quattro nuovi esperimenti che copriranno un ampio spettro di<br>ricerche nell&#39;ambito della Fisica delle Interazioni Fondamentali.<br><br>Uno degli scopi principali della costruzione di LHC è la conferma della validità del cosiddetto Modello Standard (Minimale) delle Interazioni Elettrodeboli di Glashow, Weinberg e Salam. Questa teoria di campo invariante di gauge, proposta <br>più di trent&#39;anni fa, unifica la descrizione di due delle quattro interazioni fondamentali della natura, quella elettromagnetica e quella debole, in una unica rappresentazione coerente. Nell&#39;ambito del Modello Standard il meccanismo<br>comunemente accettato per spiegare le masse delle particelle è la rottura spontanea della simmetria, conseguenza dell&#39;inserimento nel modello di nuovi<br>campi scalari. Nel Modello Sandard Minimale deve, pertanto, essere presente un bosone di Higgs neutro, non ancora osservato. La sua scoperta sarà uno degli obiettivi principali del programma di LHC. <br><br>Le potenzialità di scoperta di questa nuova macchina acceleratrice si estendono anche alla ricerca di nuova fisica, attraverso l&#39;esplorazione di eventuali indicazioni delle teorie che superano il Modello Standard stesso, come la SuperSimmetria.<br><br>ATLAS e CMS, i due esperimenti a carattere generale in costruzione ad LHC, sono<br>stati progettati per essere in grado di fornire una risposta definitiva sull&#39;esistenza dello Higgs nell&#39;intervallo di massa in cui questi può esistere (100 GeV-1 TeV). In particolare le masse comprese fra 120 e 200 GeV dovranno<br>essere indagate con molta attenzione, poiché misure precedenti indicherebbero<br>proprio questi valori come più probabili.<br><br>Il lavoro descritto nella presente tesi di laurea è stato sviluppato nell&#39;ambito del gruppo di ricerca dell&#39;INFN di Pisa che partecipa all&#39;esperimento ATLAS attraverso la costruzione e la calibrazione della sezione adronica del <br>Calorimetro Centrale TileCal. TileCal è un calorimetro a campionamento costituito da ferro e mattonelle di scintillatore plastico accoppiate a <br>fotomoltiplicatori attraverso fibre ottiche. Fra le caratteristiche fondamentali del rivelatore sono la risoluzione, la linearità e l&#39;intervallo dinamico misurabile. La linearità di progetto è di qualche percento su tutto l&#39;intervallo di energia misurabile e la risoluzione di 50%/sqrt(E). L&#39;intervallo dinamico copre energie che variano fra qualche centinaia di MeV (quelle rilasciata da particelle al minimo) e qualche TeV. <br><br>Questo calorimetro è non compensato: infatti il rapporto tra l&#39;efficienza di rivelazione della energia rilasciata in interazioni elettromagnetiche e quella<br>rilasciata in interazioni adroniche (e/h) è circa 1.4. La compensazione viene <br>ottenuta con correzioni applicate a livello di ricostruzione. Un metodo per<br>compensare è parte dell&#39;argomento di questa tesi. Una buona calibrazione del <br>calorimetro ed una buona efficienza nella compensazione costituisce il<br>necessario punto di partenza per la misura dell&#39;energia dei getti.<br><br>Nella regione di massa 120-200 GeV i canali di decadimento dalla <br>significatività più alta sono caratterizzati dalla presenza di getti adronici la<br>cui identificazione dipende in modo decisivo dalle prestazioni di TileCal.<br> <br>L&#39;esposizione del lavoro svolto inizierà con un breve riassunto dei meccanismi<br>che conducono alla richiesta della esistenza del bosone di Higgs. Verranno <br>riassunti i limiti sperimentali ottenuti fino a questo momento dai precedenti<br>esperimenti a LEP ed i limiti posti dai fit di precisione delle osservabili <br>elettrodeboli. Le indicazioni complessive fornite indicano un Higgs di massa<br>compresa tra 100 e 200 GeV. Passeremo, poi, ad analizzare le prospettive di <br>scoperta del bosone di Higgs utilizzando il rivelatore ATLAS ad LHC. Verranno<br>riportati gli studi effettuati nell&#39;intero intervallo di massa da 100 GeV a 1 <br>TeV e discusse le possibilità di utilizzo dei vari canali di produzione e<br>decadimento al variare della massa dello Higgs, con particolare riguardo <br>all&#39;intervallo di massa 100-200 GeV.<br><br>Nel secondo capitolo, dopo una breve introduzione a LHC viene descritto<br>l&#39;esperimento ATLAS, con particolare attenzione alla sezione adronica del <br>Calorimetro Centrale, che il gruppo di Pisa ha contribuito a costruire.<br><br>Nel terzo capitolo esporremo in modo particolareggiato il funzionamento del<br>Sistema di Acquisizione Dati di ATLAS ed in particolare i dettagli <br>dell&#39;architettura che permette lo sviluppo di sistemi di monitoring<br>(supervisione) in tempo reale dei singoli rivelatori.<br><br>Alla esposizione della progettazione, dello sviluppo e del funzionamento del<br>programma di supervisione elaborato dal candidato per le sessioni di<br>calibrazione del Calorimetro Adronico, effettuate nell&#39;estate 2003, è dedicato <br>il quarto capitolo. Il programma, creato per facilitare la messa a punto delle<br>corrette condizioni di acquisizione e la verifica della qualità dei dati <br>registrati, è stato utilizzato durante tutti i test beam dei mesi<br>seguenti. Una prima estensione di questo programma ha permesso di monitorare i <br>dati di alcuni moduli del calorimetro e dello spettrometro per i muoni acquisiti<br>durante un breve test beam combinato nel Settembre 2003. Dopo aver discusso le<br>caratteristiche del nostro programma, concluderemo con uno sguardo d&#39;insieme <br>sugli sviluppi futuri del sistema di monitor.<br><br>Nel quinto capitolo esporremo alcune tematiche relative al funzionamento dei<br>calorimetri adronici in generale, per poi specializzarci alle procedure di<br>verifica e calibrazione, tramite esposizione a fasci di particelle di prova, del <br>calorimetro di ATLAS.<br><br>Concluderemo l&#39;esposizione con la discussione di una analisi svolta dal<br>candidato su dati acquisiti durante i test beam di calibrazione. L&#39;analisi mira<br>allo sviluppo di un nuovo algoritmo di compensazione che permetta di migliorare<br>la risoluzione in energia del calorimetro adronico.<br>Questo studio è stato applicato a eventi di particella singola studiando il<br>segnale prodotto nei moduli del calorimetro da fasci di elettroni e pioni di <br>energia compresa fra 10 e 180 GeV. Questo algoritmo rappresenta un tentativo<br>preliminare per lo studio di metodi più sofisticati da utilizzare per migliorare <br>la ricostruzione dei getti nell&#39;esperimento ATLAS.<br>
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