L' esperimento CMS (Compact Muon Solenoid) è uno dei 4 esperimenti  costruiti al collisore protone-protone LHC (Large Hadron Collider) del CERN.

LHC è il più grande acceleratore di particelle esistente ed entrerà in funzione nella Primavera 2009; in esso i protoni collidenti raggiungeranno un'energia nel centro di massa  di 14 TeV (1 TeV=10¹² eV), che permetterà di creare, nelle conversioni energia-massa che avviene negli urti inelastici, nuovi stati fisici con masse dell'ordine di 100-1000 volte la massa del protone, attualmente previsti dalle teorie delle interazioni elementari e tuttora non scoperti.
    Nell’acceleratore i protoni, a pacchetti di ~1 ns ( 30cm) separati da 25 ns , verranno fatti scontrare a 40MHz con periodo (time bunch crossing “bx”) di 25 ns. La sezione d’urto inelastica prevista e’ dell’ordine 55 mb da estrapolazioni dei dati degli attuali collisionatori e della teoria.  La sezione d'urto per gli eventi di  fisica interessanti e' 10**11 volte inferiore.

Disegno del rivelatore CMS( english)

        Il rivelatore CMS e' un apparato con molteplici funzionalità, realizzato per ricostruire le particelle (fotoni, elettroni, muoni, pioni, protoni, ecc.) generate nelle collisioni   identificandone la tipologia e misurandone l' energia e/o l' impulso e la direzione.
   
    Il suo funzionamento e' riportato qui.( english).

   Il rivelatore CMS si presenta come una struttura cilindrica molto compatta ( 22 m di lunghezza, 16 m di diametro ) il cui asse coincide con la direzione dei fasci di pp  che interagiscono nel centro. Le particelle prodotte nell’interazione incontrano dapprima una zona detta di tracciamento in cui esiste un campo magnetico parallelo ai fasci, uniforme di 4 T, successivamente un calorimetro elettromagnetico per la rivelazione e l’arresto degli elettroni e dei fotoni primari. Poi un calorimetro adronico per l’arresto e la rivelazione delle particelle adroniche. Esternamente al tutto il rivelatore dei muoni.
    Il campo magnetico e’ prodotto da un magnete solenoidale superconduttore di 6 m di diametro e 7 di lunghezza, raffreddato con elio liquido (4.5 K). Il magnete divide la struttura in due parti, quella centrale in cui il campo ha intensita’ di 4T, dove avvengono gli scontri p-p e dove sono posti il tracciatore e i calorimetri e la parte esterna con il campo magnetico di ritorno dove ci sono i rivelatori dei muoni.     Il tracciatore e’ un rivelatore ermetico costituito da strati di semiconduttore (silicio) con altissima granularita’; attraverso l’energia di ionizzazione rilasciata e rilevata si individua il passaggio di particelle con risoluzione spaziale migliore di 50 micron. Dalla ricostruzione e dalla curvatura delle tracce nel campo magnetico si ottiene la misura del momento trasverso delle stesse.

    I calorimetri elettromagnetico ed adronico  sono dentro il solenoide e oltre a misurare l’energia delle particelle elettromagnetiche e adroniche,  fermano sostanzialmente ogni particella eccetto i muoni.
     Il ritorno del campo magnetico del solenoide avviene in  gioghi di materiale ferromagnetico che hanno il compito di incanalare le linee di flusso magnetiche e contenere il campo (intensita’ ~2T). Nella parte centrale il ferro e’ diviso in cinque “ruote” coassiali con le linee di campo (numerate da -2 a 2 e dette wheels). Queste hanno forma dodecaedrica e ogni lato costituisce un settore. Ogni settore contiene i rivelatori di muoni in 4 strati di camere (stazioni) per l’individuazione del passaggio nel tempo e nella posizione  dei muoni o delle particelle cariche. I muoni hanno vita media relativamente lunga (2,2 μs) e hanno probabilità di produrre sciami nei calorimetri molto più bassa rispetto agli elettroni. I muoni sono quindi in grado di attraversarli se hanno un momento minimo di ~4 GeV/c trasverso ai fasci e i calorimetri sono in grado di misurarne l’energia di ionizzazione rilasciata, energia caratteristica di particella al minimo di ionizzazione (MIP), rilevandola al di sopra del rumore. I muoni possono essere rilevati in tutte le camere (attraversando tutto il ferro del giogo) se hanno almeno  ~7 GeV/c .

    Il gruppo di Padova di CMS_MU  ha ideato, progettato e costruito ( con gruppi italiani e stranieri) il rivelatore per l'identificazione (trigger) e la misura delle tracce di Muoni nella zona centrale del rivelatore  (Barrel Muon) . Ha contribuito alla preparazione del software per l'analisi dei dati e ne ha verificato le funzionalita' con Simulazioni Monte Carlo e la parte di ricostruzione  delle tracce singole e' stata utilizzata e ottimizzata con  traccie di raggi cosmci durante le varie fasi di verifica del funzionamento dell'apparato.

       Il rivelatore e' stato assemblato , commissionato ( 2006 ,2007 ,2008 attraverso la misura di raggi cosmici)  e ha rilevato la presenza dei fasci singoli ( non collissioni pp ) di LHC a settembre 2008.

                                               - link al corso di "Analisi Dati e Calcolo Distribuito" (P.Ronchese, Corso di Laurea in Fisica)

                                               - link al corso di "CC ++ "

last revised:   26/9/2008