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Fisica delle Particelle all'INFN di Padova

L’obiettivo delle ricerche coordinate dalla Commissione Scientifica Nazionale 1 su scala nazionale e dal Gruppo 1 localmente è lo studio delle interazioni dei costituenti fondamentali della materia attraverso esperimenti con gli acceleratori di particelle.
Lo scopo delle attuali ricerche è di ottenere un’approfondita conoscenza di alcuni aspetti, come il meccanismo di generazione della massa delle particelle, o quello responsabile dell’asimmetria tra materia e antimateria, e in generale l’individuazione di possibili scenari di Nuova Fisica che spieghino i problemi irrisolti del Modello Standard. In generale la fisica subnucleare richiede apparati di grande dimensione ed estrema complessità dove trovano applicazione le tecnologie più moderne nel campo dei rivelatori, dell’elettronica, dei sistemi di acquisizione dati, calcolo e analisi. Le collaborazioni sono composte da centinaia (o migliaia) di fisici provenienti da istituti e laboratori di tutto il mondo, un esempio molto importanti di cooperazione internazionale. I gruppi INFN partecipano con contributi di eccellenza e con incarichi di responsabilità nei più elevati livelli decisionali degli esperimenti.

Belle II

Durante il big bang, materia e antimateria si sarebbero dovute creare in parti uguali. Tuttavia ovunque si guardi, nell’universo è presente soltanto la materia mentre l’antimateria sembra essere scomparsa. Inoltre sembra che la maggior parte della materia presente nell’universo non sia visibile ma bensì sia presente in forma di materia oscura. Qual è la natura della materia oscura? La nostra conoscenza del mondo microscopico è completa?

L’esperimento Belle II nell’acceleratore SuperKEKB in Giappone cerca di rispondere a queste e ad altre domande simili. Per farlo, usa le collisioni tra elettroni e le loro antiparticelle – i positroni – per studiare con misure estremamente precise le particelle risultanti dalla reazione.   Maggiori info
Responsabile locale: Roberto Stroili

CMS Compact Muon Solenoid

CMS (Compact Muon Solenoid) è uno dei quattro enormi rivelatori di particelle situati al Large Hadron Collider (LHC) – il più grande e potente acceleratore al mondo – al CERN. L’esperimento CMS registra i segnali delle particelle prodotte durante le collisioni, per esplorare vari aspetti della fisica delle particelle: dalle proprietà del bosone di Higgs – la famosa particella scoperta nel 2012 ad Atlas e proprio a CMS – e di altre particelle, fino alla ricerca di tracce per nuovi fenomeni fisici, finora sconosciuti.
Il gruppo di Padova ha giocato un ruolo chiave nella progettazione e realizzazione di parti dell’esperimento ed è massivamente impegnato nella presa dati e operazione del rivelatore.  Maggiori info
Responsabili locali: Roberto Rossin, Sandro Ventura

LHCb

LHCb è uno dei quattro grandi esperimenti in corso a LHC, il più grande acceleratore di particelle al mondo. La comunità che lavora sul detector consiste in più di mille fisici provenienti da tutto il mondo. Lo scopo principale dell’esperimento LHCb è quello di investigare cos’è accaduto dopo il big bang, quando l’antimateria è scomparsa, lasciando soltanto la materia ordinaria, e l’universo è diventato come lo conosciamo oggi. Come una complessa macchina fotografica, LHCb cattura le collisioni di LHC in maniera complementare a CMS e ATLAS. LHCb ha già osservato diversi processi dove emerge l’asimmetria tra materia e antimateria, ha scoperto particelle esotiche composte da quattro e cinque quark legati assieme e svolto misure di precisione che suggeriscono deviazioni dalle teorie attuali e molto altro.  Maggiori info
Responsabile locale: Gabriele Simi

MUonE

Le misure di altissima precisione sono un test severo della teoria delle particelle elementari. Attualmente ci sono indizi che mostrerebbero che il muone, una particella elementare instabile, non sia completamente descritto dalla teoria attuale “standard”, che nel caso dovrebbe essere modificata per includere della “nuova fisica”.
MUONE è un esperimento difficile ed ambizioso che ha lo scopo di misurare con alta precisione un parametro basilare del muone che caratterizza la sua interazione con un elettrone. L’esperimento si svolge presso l’acceleratore SPS al CERN di Ginevra. A Padova ci occupiamo dello sviluppo dello strumento dedicato alla misura dell’elettrone, il calorimetro elettromagnetico, sfruttando la luce emessa da cristalli contenenti piombo e tungsteno.
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Responsabile locale: Enrico Conti

RD_FCC

Il gruppo di ricerca RD_FCC dell’INFN studia le possibilità per il futuro della fisica dei rivelatori e degli acceleratori circolari di elettroni e positroni, FCC-ee e CEPC, rispettivamente al CERN e in Cina. FCC-ee sarà capace di produrre direttamente le più pesanti particelle del Modello Standard e di misurare con una precisione senza precedenti le proprietà del bosone di Higgs e altri importanti parametri del Modello Standard. Offrirà anche condizioni molto favorevoli per la ricerca di particelle di materia oscura. I nostri studi si concentrano su una proposta molto particolare per un rivelatore, chiamato IDEA, ottimizzato per ottenere le misure con la precisione necessaria. Sviluppiamo simulazioni al computer per studiare i processi fisici più interessanti e esploriamo nuove tecnologie da utilizzare nella nostra proposta per il rivelatore.  Maggiori info
Responsabile locale: Patrizia Azzi

RD_Mucol

Il Muon Collider è un progetto nuovo e rivoluzionario che si propone di usare fasci di muoni di energia multi-TeV, mai raggiunte ad un collider leptonico, per la ricerca di Nuova Fisica. Molte sfide tecnologiche devono essere superate per realizzare il collider e il rivelatore, motivando la ricerca e lo sviluppo sia per gli acceleratori che per nuovi rivelatori. Il gruppo di Padova studia la progettazione dell’interfaccia acceleratore-rivelatore, l’ottimizzazione del rivelatore  per ridurre gli effetti del fondo indotto dal fascio dei muoni e la determinazione della sensibilità dell’esperimento per i processi fisici più rilevanti. Maggiori info
Responsabile locale: Donatella Lucchesi