Le interazioni di base con cui vengono misurate le particelle standard sono:
Nello specifico, per QED:
Invece per gli adroni:
Un rivelatore quindi presenta del materiale nel cammino della particella, genera dei segnali che sono poi convertiti in segnali elettrici con l’aiuto di elettronica dedicata, li invia ad un insieme di computer dopo la conversione analogico-digitale. La scelta del sistema magnetico gioca un ruolo fondamentale nel progetto.
Per arrivare all’identitá e proprietá delle particelle prodotte in origine, é necessario misurare tutti gli impulsi ed energie, ricostrure la catena di decadimento completa fino ad es. all’identificazione del flavor dei quark iniziali. Il tracciatore centrale e rivelatore di muoni determina, dalla forza di Lorentz, la carica e l’impulso della particella carica (sagitta). I calorimetri assorbono completamente le particelle e, misurando l’energia delle particelle incidenti, ne determinano l’energia iniziale. Lo spin della particella viene determinato dall’analisi delle distribuzioni angolari dei prodotti di decadimento.
TODO non so giustificare questa roba TODO La massa puó essere determinata dalla combinazione delle misure di velocitá ed impulso. La velocitá puó essere determinata in vari modi, time-of-flight, dE /dx o radiazione Cerenkov (?). Tutte le proprietá dei prodotti di decadimento e tutta la catena di decadimento devono essere ricostruite tenendo conto delle inevitabili inefficienze del rivelatore. Solo a questo punto l’evento é confrontabile con la teoria.
Visuali:
Sono le camere di ionizzazione o a deriva, o i tubi a deriva / tubi proporzionali
Camera di ionizzazione, recipiente pieno di gas collegato a due elettrodi con ddp fissata, cioè un condensatore. Quando passano particelle cariche atomi di gas si ionizzano e si indirizzano verso l'elettrodo con carica opposta, creando una corrente che se misurata dà l'energia della particella ionizzante. I ioni positivi sono mille volte più lenti degli e- (sia per massa maggiore, sia perché ogni volta che urtano perdono tutta la loro energia cinetica e devono essere riaccelerati dal campo), che si muono subito depositandosi molto prima degli ioni. A ogni passaggio si avranno quindi brevi impulsi di ddp della durata uguale allo scarto di arrivo di e- e ione. La ionizzazione avviene con un cammino libero medio $\lambda \propto 1/\rho_{gas} \sigma_{q^\pm-atomo}$, con un numero di ionizzazioni lungo una lunghezza L con distribuzione poissoniana con numero medio di ionizzazioni $<n> = L/\lambda = L\rho\sigma$. Supponendo $\rho$ e $\sigma$ costanti La probabilità di avere k ionizzazioni sarà quindi P(L, k) = e^{-L\rho\sigma} (L\rho\sigma)^k/k! quindi che aumenta esponenzialmente con lo spessore della camera. Inoltre il cammino libero medio, e quindi il numero di ionizzazioni a parità di cammino, dipende dal gas utilizzato, tendenzialmente crescente con Z dell'atomo. Tendenzialmente un elettrone liberato avrà con maggior probabilità un'energia tra 10 e 100 eV (95%), con andamento in decrescita powerlaw fino a qualche keV. Il moto di una particella carica nel gas può essere approssimata come quello di un corpo in un fluido viscoso, con in più il campo elettrico costante. La velocità di deriva quindi dipende da vari fattori riguardanti la composizione del gas e l'intensità del campo elettrico, e tipicamente ha valori $10-30 cm/\mu s$. Può accadere che un elettrone venga assorbito da un atomo e crei uno ione negativo, ma con la scelta di gas si può ridurre la sez urto di assorbimento a $10^{-16} cm^2$.
Contatori proporzionali, sono camere di ionizzazione dotati di dispositivi di moltiplicazione degli elettroni liberi depositati sull'elettrodo positivo. In questo modo il segnale viene amplificato ed è possibile contare tutte le particelle ionizzanti. Si perde però il dato sull'energia a causa dell'effetto valanga
tubo proporzionale invece che un condensatore piano si usa un condensatore cilindrico per aumentare il segnale prodotto, cioè con un tubo catodico(-) con dentro un filo anodico(+). Nel caso che l'elettrone venga attratto verso il filo, questo arriverà ad avere quando sarà abbastanza vicino una sufficiente energia (decine di eV quindi sopra i 30 soliti della ionizzazione) da poter ionizzare esso stesso le molecole del gas. Verrà quindi liberato un secondo elettrone e così via a fomare un processo di moltiplicazione a valanga. Con un cammino libero medio di qualche micron, il campo necessario per dar luogo alla moltiplicazione e qualche 10 kV/cm. Nel giro di qualche nanosecondo e nello spazio di 0.1mm la valanga si forma e viene raccolta sul filo. Anche fotoni vengono prodotti nel processo a valanga, anche più abbondanti degli e- COME? TODO, il problema è che vengono emessi in tutte le direzioni e che alcuni sono capaci di ionizzare atomi creando valanghe secondarie. Al limite, può crearsi una valanga di valanghe e danneggiare il rivelatore. Per evitare ciò si usa nella miscela del gas una componente con composti organizi o molecolari in grado di assorbire fotoni senza ionizzare ma eccitando gradi di libertà dinamici. Un altro possibile problema è che gli elettroni a un certo punto schermano completamente il filo saturando il rivelatore, prima che venga conteggiato completamente un passaggio. Ciò significa che il rivelatore ha un limite di rate di particelle rilevabili e anche di energia di esse.
Camere a multifilo, camere con condensatore piano e al centro una serie di fili, che hanno una regione con campo costante e funziona come una normale camera a deriva, con nessun guadagno e solo trasporto di carica, e poi la zona centrale con i fili in cui si ha il campo radiale e quindi il guadagno con la moltiplicazione a valanga. Il segnale può essere letto qui sia sul filo che sul catodo. La camera a deriva è un particolare tipo di camera proporzionale a multifili in cui informazioni posizionali sulle particelle sono ottenute misurando il tempo necessario a raggiungere l'anodo da parte degli elettroni estratti dalle particelle stesse dagli atomi di gas utilizzato per riempire la camera.
streamer tubes?
O contatori a scintillazione. Materiale scintillante con accoppiato otticamente un fotomoltiplicatore, o direttamente o tramite una guida di luce. Quando la particella passa attraverso lo scintillatore, eccita gli atomi e le molecole e si ha emissione di luce. Usati anche come visuali, ma utilizzo principale è basato su conteggio, in cui il segnale luminoso viene amplificato tramite effetto fotoelettrico. La luce viene trasmessa al fotomolti e viene convertita in una debole corrente di fotoelettroni e poi amplificata. I materiali scintillanti sono di due tipi: organici (idrocarburi), con buona emissione di luce, veloci e facili da maneggiare, e quelli inorganici (cristallini), che fanno molta luce ma sono più lenti TODO PERCHÉ? e delicati. I scintillatori plastici (idrocarburi) non hanno una risposta lineare, ma saturano a causa della ricombinazione delle molecole eccitate EH TODO?. Praticamente i scintillatori organici hanno una struttura a livelli ben precisa, mentre quelli inorganici cioè cristallini hanno le bande di valenza e conduzione ma hanno impurità che portano a livelli elettronici nel gap, permettendo ionizzazioni da parte di lacune nella banda di valenza e lasciando una lacuna in mezzo al gap, che può essere riempita dall'elettrone in banda di conduzione emettendo luce.
Questo stadio è costituito da una serie di elettrodi ciascuno caricato ad un potenziale superiore al precedente. Il primo elettrone emesso per effetto fotoelettrico subisce una accelerazione a causa del campo elettrico e acquisisce energia cinetica. Quando l'elettrone colpisce il primo elettrodo del dinodo provoca l'emissione secondaria di diversi elettroni di minore energia. La struttura del sistema è progettata in modo che ciascun elettrone emesso da un elettrodo venga accelerato e provochi l'emissione di diversi elettroni dall'elettrodo successivo. Si ha così un fenomeno a cascata per cui un singolo fotone che colpisce il tubo provoca il passaggio di moltissimi elettroni. Il guadagno G, cioè il numero totale di elettroni prodotti per fotone incidente in un fotomoltiplicatore a n dinodi è: $G=f^{n}$ I fotomolti sono schermati per evitare che campi e-m esterni devino gli elettroni.
Fondamentalmente, silicio e germanio, a volte arsenuro di gallio
In fisica delle particelle, un calorimetro è un rivelatore che, assorbendo una grande frazione dell’energia $E_0$ di una particella incidente, produce un segnale proporzionale a quella energia. L’assorbimento si avvale di un processo a cascata, dove vengono prodotti n secondari, il cui valore medio $< n >$ é proporzionale all’energia della particella incidente: $<n> \propto E_0$.
Un fattore importante nella risoluzione in energia del rivelatore é dovuto alle fluttuazioni nel segnale osservato, che cresce con $\sqrt{n}$ (Poisson). In prima approssimazione la dipendenza della risoluzione dall’energia andrá come: $\sigma_{E_0}/E_0 \propto 1/\sqrt{n} \propto 1/\sqrt{E_0}$.
Le dimensioni longitudinali di un calorimetro, tali da permettere il contenimento della cascata nel suo volume attivo, cresce in modo logaritmico con l’energia, mentre le dimensioni di uno spettrometro, a paritá di risoluzione richiesta, crescono linearmente con l’impulso (molto di più quindi). Questo rende i calorimetri cosı́ importanti come elementi degli odierni esperimenti di fisica delle particelle come in fisica astroparticellare o nucleare: permettono compattezza.
Possiamo classificare i calorimetri in due categorie: Calorimetri a campionamento: sono composti di strati di assorbitore denso (piombo, rame), alternati a strati di rivelatore (ad es. silicio, scintillatore, camera a ionizzazione).
Calorimetri omogenei: in questo tipo di calorimetri, un singolo materiale viene usato per assorbire e rivelare la cascata elettromagnetica. I materiali possono essere solidi (ad es.cristallo scintillante) o liquidi (ad es. Xenon liquido). I parametri principali di un calorimetro elettromagnetico sono la risoluzione energetica e quella spaziale per fotoni ed elettroni incidenti.
Nei calorimetri a campionamento, la maggior parte dell’energia è depositata negli strati di materiale passivo. L’energia depositata in ciascuno strato assorbitore viene misurata dallo strato attivo adiacente. Il segnale sarà proporzionale al numero di intersezioni di particellecariche Ntot che attraversano gli strati attivi.
Modello per capire in modo qualitativo come si sviluppa una cascata em. Supponiamo che un fotone di energia E0 incida su un materiale. Dopo circa una lunghezza di radiazione avrá prodotto una coppia e+e-. A loro volta elettrone e positrone produrranno dopo una lunghezza di radiazione dei fotoni per Brehmsstralhung. Se l’energia dei fotoni e degli elettroni è sufficientemente elevata, allora si produrrá con questi meccanismi una cascata di secondari: una cascata elettromagnetica.
Il numero di particelle della cascata cresce esponenzialmente con la profonditá $t = x/X_0$ , mentre l’energia a disposizione di ciascuna particella si riduce: $N(t) = 2^t; \; E(t)= E_0 = 2^{-t}$. La moltiplicazione avviene fino a quando l’energia di ciascuna particella non raggiunge l’energia critica
Le perdite per ionizzazione e per irraggiamento hanno andamenti tali che diventa possibile definire un’energia critica $E_c$ dove i due contribuiti sono uguali $(dE/dx)_{ion} = (dE/dx)_{brem}$. Per gli elettroni $E_c \sim 550 MeV/Z$, per i muoni $E_{c_{\mu}} = E_c (m_\mu/m_e)^2 \sim 550 MeV/Z \cdot (105.7/0.511)^2 \sim 21 TeV/Z$ (NB Z>12) Possiamo cosı́ definire l’energia critica Ec , per cui la perdita d’energia per ionizzazione e per brehmsstralhung sono equivalenti.
Al di sotto di E_c entrano in gioco ionizzazione per gli elettroni e effetti Compton e fotoelettrico per fotoni. Nel caso specifico dei fotoni si passa da produzione di coppie a compton + fotoelettrico con il primo dominante, e sotto il MeV con il secondo domninante. Elettroni e positorni verranno formati in una lunghezza di radiazione: per brem $E(t) = E_0 e^{-t}$, quindi $E_c = E_0 e^{-t_{max}}$, quindi dato che $-dE/dx\simeq E/\lambda_{rad}$ e $t_{max}\propto ln(E_0/E_c)$, si ha $\lambda_{rad}\cdot dE/dx \sim E_c$
I fotoni penetraranno per una lunghezza molto maggiore perché al di sotto dell’energia critica il coefficiente di attenuazione di massa arriva ad un minimo tra 1 e 10 MeV (la lunghezza di interazione dei fotoni sará massima). Si ottengono così tmax tra 2 e 6 $\lambda{rad}$, quindi per contenere il 98% della cascata EM bisogna arrivare fino a 20-25 lun rad per contenere cascate di energia usperiore a 10 GeV.
TODO Non l'ho capito
Un calorimetro adronico si basa sugli stessi principi di un calorimetro elettromagnetico. In ogni caso tra uno e due terzi della energia depositata da un adrone viene raccolta nel calorimetro elettromagnetico, posto di fronte a quello adronico. Ci sono però alcune differenze importanti. Prime fra tutte la dimensione caratteristica della cascata, le lunghezze d’interazione sono maggiori I processi tipici sono illustrati in figura. La produzione deisecondari è dovuta ad interazioni adroniche anelastiche. Vengono prodotti soprattutto pioni carichi e neutri, ma a molteplicitá inferiori anche kaoni, nucleoni ed altri adroni. La molteplicità media varia poco con l’energia (∝ ln E) Anche la larghezza laterale della cascata adronica é diversa da quella em, a causa dell’impulso trasverso trasferito ai secondari nelle interazioni nucleari: $<pT> \sim 0.35 GeV /c$. L’inelasticitá media, la frazione di energia trasferita alle particelle secondarie, è di circa il 50% per interazione.
Una grande componente delle particelle secondarie è composta da pioni neutri, circa un terzo dei pioni prodotti. I pioni neutri decadono immediatamente in coppie di fotoni energetici che iniziano una cascata elettromagnetica. Questo semplice modello ci permette di stimare la frazione di energia della componente elettromagnetica. Al secondo stadio della cascata ad esempio, la frazione elettromagnetica sará $1-(1-1/3)^2$; dopo n passi avremo quindi $1-(1-1/3)^n$ e poiché la molteplicitá cresce con l’energia, anche $f_{em}$ crescerá. A causa dei meccanismi intrinseci alle cascate adroniche, le fluttuazioni da evento ad evento della fem sono molto grandi, esse determinano in ultima analisi la risoluzione energetica di questi calorimetri.
Il resto dell’energia dell’adrone incidente: una parte della cascata adronica depositerá energia attraverso la ionizzazione degli adroni carichi ($f_{ion}$). Alcuni di questi secondari possono essere altamente ionizzanti e possono portare ad una sottostima (saturazione, perdita di linearità) od una sovrastima (segnali diretti nei fotosensori ad esempio) dell’energia del primario.
Un altro contributo alla risoluzione energetica di un calorimetro adronico è dovuto alla fluttuazione della cosiddetta energia invisibile ($f_inv$). A differenza di elettroni e fotoni, la cui energia viene quasi completamente registrata nel rivelatore, una parte dell’energia dell’adrone incidente viene usata per rompere i legami nucleari. Frammenti nucleari con un range estremamente piccolo vengono prodotti e nei calorimetri a campionamento vengono assorbiti in gran parte all’interno dell’assorbitore. Anche particelle stabili o a lunga vita media come $K_L^0$ possono essere prodotti e uscire dal calorimetro. Muoni creati nella cascata adronica depositano poi solo una parte della loro energia. Tutto questo fa si che in una cascata adronica la frazione di energia invisibile finv ∼ 30 − 40%.
A paritá di energia, il segnale misurato di un adrone è inferiore di quello di un elettrone. A causa delle fluttuazioni di fem e di finv la risoluzione energetica di un calorimetro adronico è peggiore di quella di un calorimetro elettromagnetico. È possibile peró recuperare una parte della energia invisibile cosı́ da permettere di equalizzare la risposta ad elettroni ed adroni. Questo tipo di calorimetri sono detti compensanti.
Sono di tipo diverso ma devono condividere caratteristiche comuni:
Gargamelle è uno dei primi e più noti, dove sono state scoperte le correnti neutre. Le sue caratteristiche oltre a quelle dette sono: bobine per la generazione del campo mag, fori per le camere per fotografare le tracce, assenza di criostato. I neutrini entrano "per lungo" ovviamente.
Per la scoperta delle correnti neutre il punto chiave è l'identificazione degli e- dai fotoni emessi per bremsstrahlung, cioè a causa del bending dato dal campo magnetico, unità all'assenza di qualsiasi altra cosa, sopratutto candidati muoni TODO perché!?. Due eventi sono stati ricercati (e trovati): un puro scattering di un antineutrino muonico con un elettrone, mediato dal Z (canale t), oppure uno scattering su nucleo, dove l'interazione del neutrino produce delle particelle secondarie, chiaramente identificabili come adroni perché interagiscono con altri nuclei nel liquido, con l'assenza di qualsiasi leptone carico. Nel primo caso praticamente nella camera a bolle si vede di punto in bianco una traccia di un elettrone eccitato dal neutrino, che perde un bel pezzo della sua energia emettendo un fotone ("buco" nella traccia) che poi forma una coppia e+e- (con l'e+ che immagino sparisca subito), nel secondo invece a un certo punto spuntano più tracce che hanno brusche deviazioni a seguito di "impatti" su altri nuclei.
Sta per Big European Bubble Chambers. Questa volta c'è criostasi, con un solenoide superconduttivo molto grosso. Nel 1977 è stato messo un ammasso di emulsione sul davanti, in modo da fare da targer, con l'obbiettivo di selezionare e misurare produzione di quark charm con interazioni neutriniche e seguenti decadimenti identificando il vertice. Ciò ha portato alla prima identificazione diretta di mesoni e barioni charmati e la prima misura della loro vita media. Fondamentalmente è un silo ripieno di idrogeno liquido, deuterio, neon o miscele di questi. I neutrini entravano da un lato attraverso una "finestra" con un contatore che faceva da veto per l'ingresso di particelle indesiderate, poi i neutrini incontravano l'emulsione e subito dopo entravano nel "silo" passando per un contatore di coincidenza (sempre per triggering/filtering).
Eventi misurati: il neutrino agisce sul protone e dall'interazione scaturisce un p che schizza via mostrando una traccia, un $\mu^-$ che schizza con un altra traccia lunga e più dritta e un D virtuale che subito emette D°$\pi^+$ . Il $\pi^+$ decade dopo un pochino (il kink) in un $\mu^+$ (e un $\nu$ non visibile) che spiraleggia e poi decade in un $e^+$ con una traccia spiraleggiante. Il D° decade subito in un $\pi^+$ che schizza via e in un K$^-$ che poi interagendo con un protone forma un barione $\Sigma^-$ e un $\spi^+$ che spiraleggia via; il $\Sigma^-$ decade molto velocemente in $n$ (che non si vede perché neutro) e un $\pi^-$ che spiraleggia.
Un calorimetro elettronico, un sandwic di dischi di ferro magnetizzato e piani scintillatori, con i neutrini che entrano per lungo. La massa è enorme, l'identificazione dei muoni eccellente grazie agli assorbitori di ferro.
Le misure mostrano i neutrini che entrano da sinistra e a un certo punto interagiscono, con una firma drasticamente diversa a seconda che l'evento sia CC (eg shower adronico iniziale con un mu molto penetrante) o NC (NO muoni), con un energia dello shower adronico di poco meno della metà della CC. Un evento dimuonico mostra le due tracce (con sempre lo shower iniziale)
Le tracce sono visualizzate IN QUANTE DIMENSIONI TODO PAG9
Meno massiccio ma più granulare di CDHS, sandwich di 78 piani di marmo con scintillatori, tubi a deriva e streamers, per un totale di 100ton. È disegnato per misurare energia e direzione degli shower adronici, ottimizzato per studio di correnti neutre, dato che non ha muoni
Forse primo moderno collider detector, con copertura approssimativamente su tutto l'angolo solido. Il motivo è duplice: rivelare tutte le particelle dello stato finale, per esempio per ricostruire uno stato a molti corpi con alta efficienza; accorgersi della presenza di particelle invisibili come neutrini che fuggono senza interagire, e poter attribuire una appropriata energia come MET (missing energy transverse) il professore dice che sarebbe più corretto dire missing transverse momentum, ma del neutrino te ne accorgi solo da mancanza di energia depositata nel calorimetro, dato che EG i fotoni NON lasciano tracce nelle track chambers essendo "particelle" neutre Fondamentale differenza tra collider e+e- e pp o ppbar: in collider adronici gran parte della $\sqrt{s} \sim 1- \sqrt{x_1 x_2}$ TODO (con $x_i$ di Feynmann del partone i?) è persa nei frammenti spettatori, che escono dalla camera del fascio senza essere rivelati lumi counters non li vedono? TODO; quindi l'energia "visibile" è una frazione di $\sqrt{s}$ piccola e variabile. Quindi in pp(bar) i vincoli della conservazione del quadrimomento non sono applicabili in 4D (buona parte del momento longitudinale è perso). Si usano pertanto vincoli 2D nel piano trasverso al fascio. Riassumendo: ci saranno due tipi di energie mancanti di cui tener conto: quella longitudinale degli spettatori e quella trasversa dei neutrini.
Importante per scoperta di W e di Z nei canali leptonici.
Ha un detector centrale per le tracce fatto da camere a deriva con gas e circa 6000 cavi sensori. Poi lungo tutto l'azimuth $\phi$ c'è un calorimetro, con una prima parte per gli shower elettronici e dopo quello adronico. Copre un angolo $25°<\theta<155°$, la parte EM è formata da 5 di gondole successive lunghe 180° e la parte adro è fatta da cunei. Un calorimetro è messo anche avanti e indietro, fatto di cunei "coricati" e copre gli angoli $\theta$ restanti lasciando 5° prima e dopo forse per il tubo.
Quelli adronici hanno una risoluzione $0.8/\sqrt{E}(GeV)$, $\lambda_{rad}*sin\theta$ di circa 5, quelli elettronici sui 0.15/, circa 27 $\lambda_{rad_{em}}$ e solo 1 adr.
All'esterno ci sono un po' di detector muonici (anche se sembra con copertura abbastanza esigua)
Gli eventi in UA 1 fanno largo uso della trackin chamber, per esempio un W in $e+\nu$ in cui si vede un e con alto $p_t$ (molto dritto) e anche dei calo (sopratutto EM), eg canali di Z in e+e- con due jet EM a 27 GeV o in mu+mu- con due fili "accesi" nelle camere muoniche e il vertice ricostruito con le tracce nel trackin chamber CI SONO PURE DUE CELLE ACCESE SEMBRA NEL CALO! TODO CHIEDERE
Ha una configurazione molto diversa. C'è un vertex detector centrale e poi dei cuneoni calorimetrici con la parte più piccola e centrale EM fatta di sottili scintillatori inframmezzati a piombo e poi un lungo adrocalo di scintillatori con ferro inframmezzato. Il calo ricopre da 40 a 140°, quello em ha 17 $\lambda_{rad_{em}}$ e risoluzione simile a UA1, e quello adro 4 $\lambda_{rad_{adr}}$ e 30-10% di risoluzione. Più esternamente ci sono delle camere a deriva e poi dei calorimetri. Praticamente puntava tutto sui calorimetri, tralasciando trackin chambers e rivelatori di muoni. Gli eventi di UA2 sono dei jet ben definiti nei legoplot.
Mega anello con 4 esperimenti: ALEPH, OPAL, DELPHI e L3.
Prima si parte dal linac con e- a 200 MeV su target fisso, bum si fanno gli e+ e si accelerano e+ o e- a 600 MeV che vengono accumulati in un anello oblungo, da lì si va all'anello di PS con accelerazione a 3.5 GeV e poi a SPS a 20 GeV. Infine ingresso in LEP, anello di 27 km a energia 50 (LEP1, il doppio a LEP2). La lumi istantanea di picco a LEP era $10^{31-32} cm^{-2}s^{-1}$ con BC di 22 micros. I pacchetti erano 4 e 4, ognuno basso, larghetto e lungo (0.005x0.2x18 mm) con $\sim10^{11}$ particelle. La luminosità integrata tra lep1 e lep2 è passata da circa 50 a run a 200+.
Il principio dei detectors a LEP è abbastanza comune: simetria cilindrica a strati, con al centro vertex detector molto granulare e la camera tracciante, poi i due calos e poi i rivelatori a muone; il solenoide c'è sempre anche se in posizioni diverse. Le camere traccianti misurano il momento e la carica delle particelle cariche (con metodo saggitta), i calo rispettivamente energia em e adronica e le camere mu il momento dei muoni (come? sagitta inapplicabile, si usa tempo di hit? TODO) L'obiettivo è misurare il 4momento di tutte le particelle e identificarle. Se c'è un neutrino, le sue grandezze si ricavano dalla conservazione del 4mom: la quantità di moto sarà -(somma vettoriale di tutti gli altri) e l'energia sarà $\sqrt{s}$-(somma delle E di tutti gli altri). Se ci sono due neutrini non è possibile ricostruire con precisione tutto l'evento qualche constraint si può mettere? TODO
Al centro ha il silicon vertex attaccata al crossing, e poi subito dopo la track chamber interna; la track chamb centrale è costituita da una time projection chamber, ai cui capi è posizionato tutto attorno al tubo del fascio il lumi monitor, al centro di una ciambella di fw/bw EM calo. Attorno al TPC ci sono i calo centrali EM e adro. Ai capi più esterni c'è l'endcap adro calo e tutto a coprire camere muoniche. La bobina è tra il calo EM e adro
Ha delle track chambers specializzate, oltre alla microstrip a silicio e la central vertex a deriva per il vertice, anche la "jet chamber" cioè la track chamber principale primaria fatta di 24 strati con 160 cavi l'uno, poi c'è la zchamber che serve a misurare con precisione la componente z del momento. Tutto attorno, in regione centrale e fwbw ci sono in serie counters scintillatori per le misure di tempo di volo, un presampler fatto da tubi streamer e poi i calo EM e adro. Tutto attorno le mu chambers.
Ha una conformazione simile a quella di ALEPH ma con componentistica più variegata, per esempio ha un lumi monitor a piccolissimi angoli, più strati diversificati di trackin chambers. Il calo em è fatto da uno strato solo di scintillatori pare, subito dopo la bobina, e poi ci sono i calo adronci. Questo nel "barile", nell'endcap a forma di tappo ci sono track chamber che sandwichano un rivelatore di luce cerenkov, e poi calo EM e adro. A coprire il tutto ci sono le mu chambers.
C'è il silicon detector centrale, poi la time expansion chamber fatta da due regioni concentriche di camere a deriva e la possibilità di misurare la componente z. Subito fuori c'è il calorimetro EM all'ossido di bismuto-germanio fatto da 11k cristalli a formare delle circa piramidi tutte ad avvolgere i riv traccianti. Poi c'è l'adroalo, fatto di uranio impoverito + camere proporzionali con 370k cavi, ricoperto di uno strato di rame e zinco per filtrare particelle senza che entrino nei rivelatori a muoni. La calibrazione è stata fatta usando l' Etot supponendo che quella visibile fosse la somma delle energie di tutti gli eventi rivelati ($E{vis}/\sqrt{s} = \sum_i E_i/\sqrt{s}$) in due casi: calos, calos tracciamento, tenendo conto del doppio conteggio. La risoluzione dei singoli conteggi era con solo i calo del 10%, con il tec dell'8%
I rivelatori a muoni erano dei cunei multistrato con fotodiodi sensibili, montati con una accuratezza a 10 micron allineati con i sensori ottici che sono? TODO All'esterno di tutto c'era il magnete, quindi anche nella camera muonica è misurata la sagitta propto 1/p. Ci si aspetta abbia una distribuzione random gaussiana (mentre p ha code fortemente asimmetriche) non capisco cosa cambia tra p e 1/p TODO. Si plotta $E_{beam} / E_{\mu}$ essendo uguale a $\sqrt{s}/2p_{\mu}$ essendo il mu ultrarel. La precisione eg sulla massa del Z sarà quindi $\sigma(m_Z) = \sigma(\sqrt{s}/2p_\mu)/\sqrt{2}$.
Il bunch crossing era a 44 o 88 KHz, mentre la fisica d'interesse ha circa 1Hz (cioè la produzione del Z). In LEP, al contrario di LHC, non c'è selezione sul tipo di processo. Il trigger è fatto da 3 livelli. Il primo è un OR su varie condizioni come richiesta di un certo numero e disposizione di tracce, eg 2 opposte, almeno un candidato muone, limiti energetici; quelli successivi richieste più articolate. Il primo livello è fatto da cavi e da processori "fatti in casa", tutto hw; il secondo da processori commerciali customizzati, hw+sw; il terzo da computer, all sw. Le sorgenti di fake trigger, circa 10-20 Hz al 1° liv sono rumore elettronico, alone dal fascio e interazioni con il "beam gas", fotoni da bremsstrahlung, raggi cosmici, etc.
La decisione del primo livello era compiuta in 22 micros, mediante unità logiche e aritmetiche che componevano i processori, in un totale di circa 200 moduli CAMAC. La decisione era fatta in sucessione dal momento del bc: ADC dell' adrocalo e integrazione, stesso per EMcalo, dopo circa 10 micros partiva l'elaborazione della decisione che durava altri circa 10 micros e nei pochi micros successivi la decisione veniva trasmesa assieme a un CLEAR totale.
Stesso mega anello di LEP, con 4 esperimenti, ma a noi interessano solo CMS e ATLAS, unici due con alta lumi.
Si parte da un linac che va nel booster che porta da 50 MeV a 1.4 GeV, poi PS porta a 26 GeV e poi SPS che va a 450 GeV, con l'immissione nell'anello di LHC. L'energia nominale del fascio è di 7 GeV, quindi energia di cm di 14 GeV; le lumi integr di un ran sono di solito da alcuni 1/fb a alcune decine. Il BC era a 50ns ora a 25, mentre la lunghezza del bunch è stata ridotta da 9 a 7.5 cm, il suo raggio da 26 a 17 micron e il num part da 150 a 115 miliardi, tutto questo per ridurre il pileup? TODO. L'anello è sempre quello da 27 km, con circa 1000 dipoli e 500 quadrupoli fatti da bobine superconduttive, per un B max di 8T (per rads 14 TeV). Il ciclo di iniezione avviene a accelerazioni successive finché non si raggiunge il flattop dovuto al fatto che la v delle particelle è la massimo dell'accelerazione consentita dalla corrente che gira nei magneti, allora le particelle vengono iniettate nell'anello successivo e accelerate. 2 iniezioni successive dal booster a PS, accelerazione e iniezione in SPS, questo 4 volte e poi si accelerano tutte le particelle raccolte in SPS e si manda a LHC (in senso orario o antiorario a seconda che si popoli uno o l'altro dei due fasc). I tempi per l'iniezione sono circa 30min, l'accelerazione si fa in 12, dopo ci sono 15 di squeeze e le collisioni durano 5minuti. Il fascio sta stabile fino a 30 ore, poi si dumpa in un'altra mezzoretta e il ciclo si ripete. Le lumi raggiunte da LHC sono fino a $10^{34} cm^{-1}s^{-1}$ conversione tra pb inversi e 1/cm quadri * sec? TODO
Struttura a strati simile: Vertex + tracker in semiconduttore, EMcalo + adrocalo, mu. Calos nelle regioni fwbw.
La risoluzione del vertice è molto alta in 3D: 30 micron nel piano xy e 50 in direzione z (TODO su Z problema tecnico di $p_{||}$ perso o scelta o entrembi?); nb con poche tracce da un vertice la sua posizione ovviamente è più indeterminata.
Una misura tipica dovuta al EM calo è $\gamma\gamma$, fondamentale perché è un decadimento importante di H e bisogna distinguerlo dal BG di decadimenti di $\pi^0$ e $\eta$. L'ambiente è difficile dato che è spesso in mezzo a eventi con molti elementi ma si riesce a avere plot entries vs energia fotoni (= massa particella decaduta) che danno misure di larghezza e massa delle particelle decadute in ottimo accordo con simulazioni/aspettative.
Misure di multijet, fotone+jet e Z+jet, per varie misure di pT del jet, danno discrepanze dei dati rispetto alle simulazioni quasi nulle, con incertezze a circa il 2%, dovute in gran parte da incertezze sistematiche, più una pizzola parte statistica, il tutto abbastanza indipendente da pT.
Il riconoscimento della MET per eventi con mu o e con PT sopra i 20 Gev mostra un netto accordo con le stime di bg + eventi (eg del decadimento leptonico del W).
Le camere muoniche di atlas hanno risoluzione su pT su 4-5% (aumenta molto per pT molto alti) ed è dovuta a errori di misura e di calibrazion, di allineamento delle camere che sono propto pT, più multiscattering che dà un contributo abbastanza indipendente da pT. Una fonte di incertezza importante a pT basso è la coda dovuta a fluttuazioni di energia muonica del calorimetro TODO non ho capito, non ho neanche capito la differenza tra "all'entrata dello spettrometro" e "tot al vertice principale". Per pT sotto i 200 GeV i contributi principali vendono da estrapolazione del vertice v dubbio sopra TODO e multiscattering, praticamente l'accuratezza dello spettrometro è ininfluente, molto sotto. A alti eta l'errore su pT peggiora NON SO PERCHÉ TODO. Grafico interessante di come un evento Z in doppio muone cambi poco di performance di misura se si usa solo il track o track e mu uniti: mentre a spps gli eventi Z e W erano "alto pT" e "nuova fisica", qui sono a basso pT e fanno più che altro BG.
non ho capito pagina 38 12b
Per massimizzare il canale di decadimenti di H in $\gamma\gamma$ hanno scelto due modi diversi per massimizzare la risoluzione delle shower EM (fotoni e elettroni): CMS ha puntato a un calorimetro cristallino con ogni cella con migliore risoluzione intrinseca, ATLAS invece ha un calorimetro a Argon liquido, che dà migliore granularità e segmentazione longitudinale (migliora la ID tra fotone e elettrone), e miglior stabilità in calibrazione e resistenza alle radiazioni per i segnali elettrici. Ne risulta una migliore risoluzione di CMS per i fotoni e Atlas per gli elettroni (CMS deve usare la combinazione del tracker per averla paragonabile a ATLAS).
Atlas ha un campo da 2 Tesla con la bobina subito fuori dai trackers, CMS uno da 4 fuori il calo. Il campo EM più alto dà a CMS sensibilmente miglior risoluzione tracciante, ma minor efficienza nella ricostruzione di pioni e elettroni come accennato già per gli EM calo; entrambi hanno strisce di silicio e pixels, con grande granularità e risoluzione, quindi con qualità paragonabile.
In CMS l'EM calo è parte dell'adrocalo, per 3+7 lung rad, dentro il solenoide, ciò peggiora la risoluzione dei jet; in ATLAS il calo è fuori con 10-11 lung rad. La differenza sostanziale si ha nella calorimetria adronica, con ATLAS risoluzione al 2% e CMS al 5% in energia (escludendo miglioramenti di performance con l'aiuto delle tracce)
ATLAS ha uno spettrometro muonico indipendente, con funzionalità standalone eccellenti; CMS ha una risoluzion superiore a ATLAS nella zona centrale ($\eta \sim 0$) grazie ala combinazione con il tracker, è limitato nelle funzionalità standalone di risoluzione e triggering, a causa di scattering multiplo nel ferro: cioè necessita di confronto con gli altri apparati
Di tre livelli. Il liv 1 del muone ha una soglia in pT a circa 20 GeV, con un'efficienza che lontano dalla soglia è poco sotto 1 per tutto il range di pT; vicino la soglia la caduta è estremamente veloce e poi è molto velocemente prossima a 0. In $\eta$ si mostra un'efficienza alta e abbastanza piatta, che cede un po' solo a $|\eta|$ sopra 2. A fine del liv 1 si perdono sicuramente alcuni eventi, ma si riduce il rate da 10 kHz e 10Hz