Argomenti per la prova finale della laurea magistrale - Fisica delle Particelle

Le tesi magistrali che proponiamo richiedono circa otto mesi di lavoro a tempo pieno.

Ultimo aggiornamento 07/06/2019, prossimo aggiornamento 07/11/2019

Esperimento CMS

Referenti: M. Dinardo, P. Dini, S. Gennai, A. Ghezzi, S. Malvezzi, L. Moroni, P. Govoni, M. Paganoni, D. Pedrini, T. Tabarelli de Fatis

L’esperimento CMS è installato lungo l’anello di accelerazione LHC al CERN di Ginevra e misura soprattutto eventi prodotti dalle collisioni di fasci di protoni circolanti in senso antiorario contro fasci di protoni circolanti in senso orario nell’acceleratore. In questo modo si realizzano la collisioni artificiali più energetiche mai prodotte, consentendo di studiare il Modello Standard delle Interazioni Fondamentali con sistematicità a scale mai investigate in precedenza. Le tesi proposte coprono un ampio spettro di argomenti, di analisi statistica dei dati, di studio di funzionamento del rivelatore e di preparazione di importanti upgrade previsti per la fase di acquisizione ad alta luminosità.

  1. R&D on ultra-high radiation tolerant pixel detectors for the HL-LHC upgrade
  2. Development of a modern data acquisition program, with FPGA interfaces, for testing novel pixel detectors for the HL-LHC upgrade
  3. Sviluppo del timing detector di CMS per l’upgrade di fase 2.
    - Attività strumentali di qualifica di prototipi e proiezioni
  4. Thesis subjects on the study of the Higgs boson self-coupling at the LHC: After the discovery of the Higgs boson by the ATLAS and CMS collaborations in 2012, the collective efforts of the high energy physics community have been focused on a precise characterization of this particle. In this context, HH searches play a fundamental role as they represent the favourite channel to measure the Higgs boson trilinear self coupling (HHH). Only three parameters, the Higgs boson mass (mH), the vacuum expectation value and the Higgs trilinear coupling (HHH), shape the Higgs field potential in the Standard Model and the last one is the only remaining that has not been directly measured experimentally. Its determination is a crucial point for a proper understanding of the spontaneous electroweak symmetry breaking, which is at the base of the mechanism that gives masses to bosons and fermions. At the same time, any deviation from the theoretical predictions of the Standard Model would lead to sizeable changes in both the kinematics and in the production rate of HH events thus making double Higgs searches extremely sensitive to New Physics effects. The bb tau tau final state represents one of the most interesting channels to explore double Higgs processes, because of the high branching ratio and the relatively small background contamination.
  5. Thesis subjects on Flavour Physics studies in CMS: search for the Lepton Flavour Violating tau->3mu decay mode, search for flavour-changing neutral current decays of B0 mesons, characterisation of the Bc meson, study of rare decays of the B hadrons with the CMS parked unbiased sample
    After completion of the first phase of the LHC programme, the particle field entered into a new exploratory era. The flavour sector, being sensitive to high physics scale, opens a window on possible beyond SM indirect effects in rare processes such as: LFV (Lepton Flavour changing) tau->3muons, FCNC (Flavour Changing Neutral Current) B^0 to K^*0ll, or still unknown Bc meson properties. The ability of the CMS experiment to make precision heavy flavours measurements has been clearly demonstrated by the results from Run-I and Run-II data; future measurements will also exploit the unbiased data sample collected in 2018, which will allow CMS for the investigation of a wider set of final states.

Esperimento LHCb

Referenti: M. Calvi, P. Carniti, C. Gotti, M. Martinelli, G. Pessina, C. Matteuzzi

Le tesi proposte riguardano l’analisi dei dati raccolti dall’esperimento LHCb al Cern. Si richiede una conoscenza di base della programmazione in C++ e dell’uso di Root.

  1. Ricerca del decadimento che viola la conservazione del sapore leptonico tau -> mu mu mu.
    Il tasso del decadimento, così basso da non essere osservabile secondo le previsioni dal Modello Standard, risulta innalzato in alcuni modelli di Nuova Fisica, in particolare in connessione con modelli che spiegano le possibili violazioni dell’universalità leptonica.  Nella tesi si affronterà l’analisi dei dati raccolti da LHCb nel Run2 che può migliorare notevolmente il primo risultato ottenuto dall’esperimento sul Run1(JHEP02(2015)121) anche grazie all’introduzione di nuovi algoritmi per la selezione e l’identificazione del segnale.
  2. Ricerca della violazione di CP nei decadimenti dei mesoni charmati.
    La violazione della simmetria di CP non è ancora stata osservata nei mesoni charmati, a differenza dei mesoni beauty, e offre un’opportunità unica per studiare la fisica oltre il Modello Standard nel settore dei quarks up. Nella tesi si studierà il decadimento D0 -> KSKK, selezionando il segnale e studiando l’evoluzione dello stato in funzione del tempo di decadimento.
  3. Test di universalità leptonica nei decadimenti semileptonici dei mesoni B in stati finali con muoni e tauoni.
    Alcune anomalie osservate recentemente nei decadimenti dei mesoni B sfidano l’assunzione del Modello Standard dell’universalità degli accoppiamenti elettrodeboli dei leptoni di diverse famiglie. Nella tesi si studieranno le decay rate differenziali dei decadimenti B -> D(*) mu nu e B->D(*) tau nu  per effettuare test di modelli di nuova Fisica con i dati raccolti da LHCb nel Run2.
  4. Misura della violazione di CP nei decadimenti dei mesoni B.
    La tesi propone lo studio della violazione di CP nel decadimento B0->D+D-  utilizzando i dati raccolti da LHCb nel Run2 per misurare il parametro sin(2betaeff). Lo studio prevede la selezione degli eventi con tecniche di analisi multivariata, l’utilizzo di algoritmi di identificazione del sapore (flavour tagging) e lo studio dell’evoluzione temporale dello stato.

 

Esperimenti CUORE e CUPID

Referenti: O. Cremonesi, M. Pavan, C. Brofferio, M. Biassoni, E. Previtali, L. Gironi

  1. Sviluppo di un trigger a reti neurali. I bolometri utilizzati per la ricerca del doppio decadimento beta utilizzano sistemi di trigger software. Lo scopo di questa tesi è di sviluppare una rete neurale capace di triggerare i segnali di particella distinguendo la forma della risposta a un’interazione di particella da risposte a segnali spuri quali interferenze elettromagnetiche o segnali termici di differente origine.
  2. Studio della line-shape di un bolometro. La forma della risposta di un bolometro a un segnale monocromatico (lineshape) è  attualmente basata su una ricostruzione multiparametrica che scala con l’energia del segnale e con il rate in modo poco controllato. Lo scopo di questa tesi è di sviluppare un modello capace di spiegare la lineshape, utilizzando simulazioni del rivelatore e dati provenienti da misure dedicate che saranno realizzate nella test-facility deli Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
  3. Machine learning per la ricostruzione della topologia degli eventi in CUORE. In una matrice cubica di mille rivelatori la topologia degli eventi può essere importante per la ricostruzione sia delle sorgenti di fondo che di quelle di segnale (decadimenti sugli stati eccitati). La tesi avrà come obiettivo lo studio di un algoritmo di identificazione e classificazione degli eventi, utilizzando sia campioni di dati misurati che simulati.
  4. Identificazione di particella in CUPID. I bolometri scintillanti utilizzati dall’esperimento CUPID consentono di identificare la particella interagente sulla base dei segnali di luce e calore. La tesi avrà come obiettivo lo studio di un algoritmo di identificazione e classificazione degli eventi (basato su algoritmi di machine learning), e la progettazione e realizzazione di misure dedicate per la costruzione di campioni di dati prodotti da interazione di differente particelle (sorgenti di neutroni, sorgenti alfa …).
  5. Misure con bolometri scintillanti per lo studio di velocità, shape e ampiezza del segnale. Questa tesi, a carattere prettamente sperimentale, prevede di progettare e realizzare misure volte alla comprensione e ottimizzazione dei bolometri scintillanti che saranno impiegati nell’esperimento CUPID. Potranno essere studiati differenti aspetti che vanno da quelli legati all’ottimizzazione della raccolta di luce (scelta di materiali e trattamenti superficiali) allo studio della risposta temporale (riconoscimento e reiezione dei segnali di pile-up sul fronte di salita).
  6. Sviluppo e caratterizzazione di sensori a semiconduttore, prodotti per drogaggio avvenuto mediante irraggiamento in un reattore (NTD). Proposta di tesi a forte connotazione di laboratorio/strumentale. Approfondimento: L’attività di tesi prevede lo sviluppo completo di un sistema di caratterizzazione a basse temperature (pochi mK) per NTD tramite termometria basata su Johnson Noise e lettore SQUID, abbinato allo studio della variazione di sensibilità dei sensori con diversa esposizione a reattore. La tesi si svolgerà presso il lab. Criogenia di MiB. Competenze che si acquisiranno: vuoto, criogenia, sensoristica sofisticata, SQUID, ottimizzazione dell’ acquisizione dati e loro analisi.

    In generale   [Tipologia: Sviluppo di Rivelatori, Analisi dati, Modellistica]

    [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio per la fisica delle particelle, conoscenza di base della programmazione in C++ e ROOT]

 

Esperimento JUNO

Referenti: M. Sisti, E. Previtali

  1. argomento di tesi breve spiegazione, che comprende possibilmente le conoscenze richieste per fare il lavoro

Esperimento HOLMES

Referenti: A. Nucciotti, M. Borghesi, M. Faverzani, E. Ferri, A. Giachero, A. Puiu

HOLMES è un progetto finanziato dallo European Research Council (ERC) con un Advanced Grant. L’obiettivo di HOLMES è la misura della massa del neutrino attraverso lo studio del decadimento per cattura elettronica dell’163Ho. Holmes utilizza microcalorimetri a bassissima temperatura (Transition Edge Sensors) e si svolge nel Laboratorio Criostati del Dipartimento di Fisica “G.Occhialini” dell’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con l’istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Possibilità di tesi includono:

  1. Studio del fondo di raggi cosmici e radioattività naturale. Un parametro critico per che influenza la sensibilità sperimentale sulla massa del neutrino è dato dal fondo. E' perciò necessario avere una valutazione precisa delle componenti dovute a radioattività ambientale e raggi cosmici. Le attività previste per la tesi riguardano: simulazioni montecarlo con GEANT4, misure del fondo all'interno del criostato con TES (Transition Edge Sensors) e misure del fondo nel laboratorio con HPGe (High-purity Germanium).
  2. Setup dell’impiantatore ionico in collaborazione con l'università degli studi di Genova. Uno speciale impiantatore verrà utilizzato per inserire l’Olmio all’interno dei microcalorimetri TES. L’efficienza dei processi di estrazione dell’Olmio, di purificazione e di concentrazione del fascio ionico saranno cruciali per il raggiungimento degli obiettivi previsti dall’esperimento. L'impiantatore si trova nel dipartimento di fisica dell'università di Genova. Il laureando si occuperà dell'installazione e ottimizzazione di tutti i componenti dell’impiantatore, dalla sezione di accelerazione, al focusing del fascio alla camera del target, nella quale una co-evaporazione di oro tramite sputtering verrà effettuata.
  3. Microfabbricazione e ottimizzazione di rivelatori TES. Un Transition Edge Sensor è un microcalorimetro che converte l’energia di una particella in una misurabile variazione di temperatura la quale, a sua volta, viene convertita in segnale elettrico. Sono sensori con alte risoluzioni energetiche, che vengono usati in svariati campi di ricerca. Le richieste di HOLMES prevedono un’alta risoluzione energetica unita a un'altissima risoluzione temporale e un’elevata capacità di multiplexing. Il laureando parteciperà a tutti gli step che porteranno alla misura di 16 array di TES, per un totale di 1024 rivelatori, dalla microfabbricazione allo studio delle performance dei rivelatori e di un sistema di calibrazione.
  4. Sviluppo di algoritmi per il software di analisi e per la discriminazione del PILE-UP. Per arrivare ad ottenere l'eccellente risoluzione energetica dei microcalorimetri progettati per la rivelazione di raggi X è necessario ottimizzare e sviluppare svariati algoritmi, che vanno dal filtraggio del segnale a routine per la calibrazione e la stabilizzazione degli impulsi. In una configurazione come quella prevista per HOLMES, con 300 eventi al secondo per rivelatore, sarà inoltre cruciale scrivere una robusta serie di algoritmi per l'identificazione degli eventi di PILE-UP. Il laureando si occuperà di implementare e testare questi algoritmi in linguaggio python.
  5. Sviluppo di un sistema di lettura e multiplexing per matrici di micro-calorimetri. L’esperimento HOLMES nella sua configurazione finale misurerà fino a 1000 rivelatori contemporaneamente. Per leggere un numero così grande di canali lo sviluppo di un lettura multiplexato risulta fondamentale. Il laureando collaborerà alla progettazione e realizzazione software e hardware del primo dimostratore a 64 canali. Inoltre parteciperà alla caratterizzazione ed ottimizzazione del sistema e dei rivelatori ad esso connessi, realizzando programmi di presa dati ed analisi. Tutti i programmi realizzati saranno scritti nei linguaggi python e C++.

Tutte le attività sopra elencate, oltre all'attività principale, prevedono un coinvolgimento in tutte le fasi di costruzione, analisi e ottimizzazione dell'esperimento.

Esperimento ENUBET

Referenti: A. Falcone, V. Mascagna, M. Tenti, F. Terranova, M. Torti, E. Vallazza

  1. Realizzazione del t0-layer di ENUBET. L’attività di tesi prevede lo sviluppo di un sistema di timing basato su cristalli inorganici letti da fotosensori al silicio (SiPM)  per la misura delle particelle cariche prodotte nel tunnel di decadimento di ENUBET. La tesi si svolgerà presso i laboratori di Milano Bicocca, Legnaro e Fermilab
    [Tipologia: Sviluppo di Rivelatori, Attività di Laboratorio e test su fascio agli acceleratori]
    [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio per la fisica delle particelle]
  2. Simulazione della linea di fascio di ENUBET. L’attività di tesi si svolgerà presso le Univ. di Milano-Bicocca, Padova e Bordeaux. Prevede la simulazione, trasporto e identificazione dei secondari prodotti nella linea di trasferimento di ENUBET.
    [Tipologia: Simulazione con Metodi Monte Carlo, fisica degli acceleratori]
    [Prerequisiti: conoscenza di base della programmazione in C++ e ROOT]

 

Esperimento DUNE

Referenti: M. Bonesini, P. Carniti, C. Cattadori, A. Falcone, C. Gotti, G. Pessina, M. Tenti, M. Torti, F. Terranova

  1. Sviluppo di fotosensori criogenici per l’esperimento DUNE. L’attività di tesi è finalizzata allo sviluppo e caratterizzazione di Silicon Photomultiplier con amplificazione a freddo per la rivelazione della luce di scintillazione nell’Argon Liquido.  L’attività si svolgerà presso le Univ. di Milano-Bicocca, Milano-Statale e Fermilab. Prevede la realizzazione dell’amplificatore criogenico, la sua caratterizzazione a 77 K e lo studio della risposta dei SiPM in configurazione di ganging attivo.
    [Tipologia: Sviluppo di Rivelatori]
    [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio per la fisica delle particelle e/o l’elettronica]
  2. Studio delle performance delle celle ARAPUCA di ProtoDUNE-SP. L’attività è finalizzata allo studio delle performance del sistema di intrappolamento ottico utilizzato dall’esperimento DUNE per la rivelazione dei fotoni di scintillazione nell’Argon Liquido. Prevede la partecipazione alla presa dati di ProtoDUNE al CERN, l’analisi dei dati acquisiti nel 2018 con fascio e nel 2019 con raggi cosmici, la partecipazione alle attivita’ di preparazione del Run II.
    [Tipologia: Sviluppo di Rivelatori, Analisi dati]
    [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio per la fisica delle particelle, conoscenza di base della programmazione in C++ e ROOT]

Esperimento FAMU al RAL

Referenti: M. Bonesini, R. Benocci, M. Clemenza, E.H. Roman

L’esperimento FAMU intende realizzare la misura di precisione del raggio di Zemach del protone al fascio impulsato di muoni RIKEN dell RAL (Oxford, UK). A tal fine vengono prodotti degli atomi muonici e vengono studiate le loro proprietà con misure spettroscopiche. La misura si inserisce nella problematica del “Proton radius puzzle” in cui le misure con elettroni  danno valori con notevoli discrepanze con quelli con muoni, con possibili implicazioni oltre il modello standard. Si intende utilizzare un laser di nuova concezione nel MIR (6.78 micron) sviluppato al laboratorio Elettra di Trieste ed un sistema di rivelazione di raggi X basato su cristalli di LaBr3 letti da fotomoltiplicatori (INFN Bo) o array di SiPM (INFN MIB). Per ulteriori informazioni https://www.researchgate.net/publication/311842558_The_proton_radius_puzzle

  1. Sviluppo di un rivelatore di fascio basato su fibre scintillanti e SiPM
    Per la presa dati dell’esperimento (Dicembre 2019 --2020) si pensa di utilizzare un rivelatore basato su fibre scintillanti quadrate da 250 micron lette da SiPM da svilupparsi nel corso del 2019  per caratterizzare il fascio incidente di muoni impulsato ad alta intensità.  Prototipi sono stati realizzati con fibre piu’ grandi da 1 mm e 3 mm. La tesi può riguardare sia l’analisi dei dati già raccolti con prototipi, che lo sviluppo del nuovo rivelatore.
    [Tipologia: sviluppo rivelatori, analisi dati]
    [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e di programmazione in C++/ROOT]
  2. Sviluppi di rivelatori di raggi X basati su cristalli di LaBr3 letti da SiPM
    La tesi riguarderà attività di analisi dati per runs effettuati nel corso del 2017-2018 con prototipi di questi rivelatori e/o attivita’ di laboratorio per lo sviluppo del controllo di temperatura degli arrays di SiPM utilizzati per i rivelatori finali.
    [Tipologia: sviluppo rivelatori, analisi dati]
    [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e di elettronica. Conoscenza delle tecniche di base di programmazione in C++/ROOT]
  3. Analisi della funzione di trasferimento muonico con rivelatori HPGe                 
    La tesi riguarderà l’analisi dei dati raccolti con rivelatori a Germanio (HPGe) durante i runs preliminari 2017-2018 dell’ esperimento FAMU
    [Tipologia: analisi dati]
    [Prerequisiti: conoscenza delle tecniche di base di programmazione in C++/ROOT]
  4. Caratterizzazione di fibre ottiche nel MIR
     In collaborazione con il gruppo del Sincrotrone di Elettra (INFN Ts) ed il gruppo dell’ Istituto Nazionale di Ottica (INO CNR Fi) si intende collaborare allo sviluppo di un sistema laser innovativo nel MIR sviluppando la parte di trasporto degli impulsi laser fino all’ interno della targhetta tramite fibre ottiche innovative  e caratterizzando dei rivelatori diagnostici per luce MIR.
    [Tipologia: sviluppo rivelatori, caratterizzazione laser di ricerca]
    [Prerequisiti: conoscenze delle tecniche di base di laboratorio]

Esperimento Icarus sul fascio SBN a Fermilab

Referenti: M. Bonesini, R. Benocci, M. Torti

L’esperimento ICARUS è basato sulla più grande TPC ad Argon liquido funzionante al mondo (T600). Questo rivelatore è in corso di allestimento sul fascio di neutrini SBN a Fermilab e l’inizio della sua presa dati è previsto per fine 2019, inizio 2020. Il gruppo di Milano Bicocca partecipa alla costruzione al sistema di rivelazione della luce di scintillazione emessa nel VUV (~ 128 nm) basato su 360 fotomoltiplicatori di grande area (8”) ed ha la responsabilità del suo sistema di calibrazione basato su un laser veloce ed un sistema distribuito basato su fibre ottiche. Il sistema dei PMT dovrà effettuare la rigezione del fondo di raggi cosmici, dovuto alla installazione in superfice del rivelatore Icarus T600 e sarà essenziale per il suo buon funzionamento. 

  1. Sviluppo del sistema di calibrazione laser di Icarus
    [Tipologia: sviluppo rivelatori, analisi dati]
    [Prerequisiti: conoscenze delle tecniche di base di laboratorio, conoscenze delle tecniche di base di programmazione in C++/ROOT]
  2. Ricerca di neutrini sterili al fascio SBN con Icarus
    [Tipologia simulazioni Monte Carlo, analisi dati]
    [Prerequisiti: conoscenze delle tecniche di base di programmazione in C++/Root]

Progetto TRISTAN

Referenti: M. Biassoni, O. Cremonesi, M. Pavan, S. Pozzi

Il progetto studia la fattibilità di un upgrade dell’esperimento KATRIN per la ricerca del neutrino sterile mediante la misura dello spettro beta del trizio. TRISTAN prevede la sostituzione del rivelatore di elettroni usato attualmente da KATRIN con un rivelatore multipixel ad elevate prestazioni, basato sulla tecnologia dei Silicon Drift Detectors (SDD). Questi dispositivi sono comunemente utilizzati per la rivelazione di fotoni ottici e raggi X, invece la risposta agli elettroni è poco nota. L’esperimento è realizzato da una collaborazione internazionale e durante il corso della tesi possono essere previste attività da svolgersi presso il Max Planck Institute di Monaco o presso lo spettrometro di Troitzk.

https://www.mpp.mpg.de/en/research/astroparticle-physics-and-cosmology/katrin-and-tristan-neutrinos-and-dark-matter/

  1. Studio della risposta di un SDD a raggi X e fasci di elettroni (SEM)
    L’attività è svolta in collaborazione con il Dipartimento di Elettronica del Politecnico di Milano, prevedere una campagna di misure che consenta di caratterizzare la risposta degli SDD ai raggi X (usando sorgenti come 55Fe o sviluppando una sorgente di fluorescenza) e agli elettroni (usando un microscopio elettronico messo a disposizione dal Dipartimento di Scienze dei Materiali). Si vogliono studiare effetti legati all’incompleta raccolta di carica e alla polarizzazione del rivelatore.   
    [Tipologia: sviluppo rivelatori, analisi dati]
    [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e di elettronica. Conoscenza delle tecniche di base di programmazione in C++/ROOT]
  2. Sviluppo di un algoritmo per la ricostruzione della funzione di risposta di una matrice di rivelatori SDD. La misura dello spettro del trizio per la ricerca del neutrino sterile prevede di individuare una distorsione dello spettro beta che deve essere distinta da ogni possibile effetto strumentale. Argomento della tesi è lo sviluppo algoritmi di riconoscimento (p.es. basate su wavelet) che consentano di deconvolvere la funzione di risposta dello spettrometro di KATRIN e del rivelatore in modo da evidenziare la segnatura cercata. La tesi si propone di arrivare ad una modellizzazione, parzialmente basata su simulazioni MonteCarlo, della risposta dell’SDD al singolo elettrone. Successivamente si studierà la risposta di una matrice di rivelatori e gli effetti di deformazione dello spettro introdotti dallo spettrometro stesso. La validazione delle tecniche sviluppate avverrà con misure dedicate.
    [Tipologia: sviluppo di algoritmi di analisi numerica, simulazioni MonteCarlo, analisi statistica]
    [Prerequisiti: conoscenze di base dei rivelatori di particelle. Conoscenza delle tecniche di base di programmazione in C++/ROOT. ]

Progetto CHNET-TANDEM

L’idea che sta alla base della proposta di esperimento denominata CHNET_TANDEM è quella di implementare, sviluppare e ottimizzare nuove tecniche di analisi non invasive e  non distruttive da utilizzarsi in ambito archeometrico per la caratterizzazione elementare di campioni appartenente ai beni culturali (reperti archeologici, opere d’arte, manufatti antichi…)

L’esperimento è finanziato dal Gruppo V e dalla rete per i beni culturali (CHNET) dell’INFN e si prefigge di implementare due tecniche analitiche: la Spettroscopia X con Atomi Muonici e la rivelazione di emissione Gamma Prompt in seguito a cattura neutronica; entrambe si basano sulla rivelazione di emissioni prompt di radiazione  elettromagnetica nel primo caso di tipo atomico (muonico), nel secondo di tipo nucleare.

 

La Spettroscopia X con Atomi Muonici prevede l’utilizzo del fascio di muoni del RAL (Rutherford Appleton Laboratory - Didcot - UK) presso il PORT4 della facility ISIS. Sono già stati effettuati nel 2017-2018 diversi irraggiamenti con materiali standard di riferimento e alcuni frammenti di navicelle votive in bronzo di epoca nuragica. Il lavoro di tesi riguarda l’implementazione e validazione in un codice di simulazione montecarlo basato sulla piattaforma Geant4  del CERN dei processi di formazione degli atomi muonici, successiva emissione di radiazione X caratteristica, reazioni di cattura muonica con emissione gamma prompt e implementazione del sistema di rivelazione con HpGe presente al RAL.

La PGNAA (Prompt Gamma Neutron Activation Analisys) prevede invece l’utilizzo di un fascio neutronico che attraverso una reazione di cattura radiativa fra i neutroni incidenti e i nuclei bersaglio, produce una radiazione gamma caratteristica ad alta energia (da 1-12 MeV) di tipo “prompt” che opportunamente rivelata permette la caratterizzazione elementare dei campioni sottoposti ad irraggiamento. Presso il LENA dell’UNIPV è stata allestita dall’esperimento CHNET-TANDEM (2017-2018-2019) una facility di irraggiamento utilizzante il Canale B del reattore nucleare di ricerca TRIGA MARK II dedicata alle misure di PGNAA.  

 

L’attività di tesi prevede la caratterizzazione del sistema di spettroscopia gamma costituito da un rivelatore  HpGe di tipo n ad alta efficienza relativa e della valutazione di tutte le sistematiche di misure nell’analisi di campioni massivi sottoposti ad irraggiamento. La valutazione dell’efficienza assoluta, necessaria per una misura di tipo quantitativo, rappresenta una delle problematica più difficili da affrontare, in quanto l’accuratezza e la riproducibilità delle misure sono influenzate da tutta una serie di parametri  quali ad esempio la riproducibilità del posizionamento e dell’area irradiata e quindi di emissione dei gamma prompt prodotti, gli effetti di auto-assorbimento per campioni diversi...etc….

Pur essendo un esperimento di “fisica applicata”, gli argomenti di tesi proposti ben si adattano alla formazione  di laureandi di fisica delle particelle sia triennali, sia magistrali.

  1. Implementazione e validazione di codice di simulazione montecarlo (geant4) dei processi di formazione dell’atomo muonico, emissioni X caratteristiche e implementazione del sistema di rivelazione con HpGe presso il Rutherford Appleton Laboratory. Referenti: O. Cremonesi e M. Clemenza
  2. Implementazione e caratterizzazione di un sistema di spettrometria gamma per l’analisi di attivazione neutronica di tipo gamma prompt presso il LENA. Referenti: M. Clemenza

Esperimento COSINUS (Laboratori del Gran Sasso)

Referenti: P. Carniti, C. Gotti e G. Pessina

COSINUS (Cryogenic Observatory for SIgnals seen in Next-generation Underground Searches) è un esperimento che ha appena vinto un cospicuo finanziamento dal Max Planck Institute (https://www.lngs.infn.it/it/news/shaeffner-grant).  Il suo obiettivo è lo studio della materia oscura con rivelatori criogenici composti da cristalli di Ioduro di Sodio (NaI) letti da sensori di tipo TES (Transition Edge Sensors).

  1. L’attività di tesi proposta comprende lo sviluppo dei rivelatori, l’elettronica, la caratterizzazione e l’analisi dei dati e sono disponibili tesi in tutti questi contesti. Di più sull’esperimento si può trovare qui: https://www.lngs.infn.it/en/cosinus-eng.
    Lo sviluppo del lavoro di tesi prevede soggiorni presso il laboratorio del Gran Sasso e la possibilità di finanziare una borsa di studio a supporto.

Esperimento CROSS (Università di Paris-Sud e Canfranc Laboratory)

Referenti: P. Carniti, C. Gotti e G. Pessina

CROSS (Cryogenic Rare-event Observatory with Surface Sensitivity) è un esperimento che verrà installato presso i laboratori sotterranei di Canfranc, Spagna. Si prefigge lo scopo di studiare il doppio decadimento beta senza neutrini, per la ricerca della violazione del numero leptonico e della natura del neutrino elettronico. La tecnica che si intende usare è quella criogenica in cui una matrice di cristalli composti di Molibdeno o Tellurio vengono letti da sensori termici. Con l’intento di sopprimere tutti i possibili segnali provenienti dalla radioattività naturale una nuova tecnica di discriminazione verrà applicata mediante la discriminazione in forma e/o segnale di luce. Questo esperimento è finanziato dallo European Research Council (ERC).

  1. L’attività comprende lo sviluppo dei rivelatori, l’elettronica, la caratterizzazione e l’analisi dei dati e sono disponibili tesi in tutti questi contesti.
    Il lavoro è previsto essere svolto presso l’università di Paris-Sud e Canfranc in ERASMUS.

Esperimento MuonE

Referenti: C. Matteuzzi, M. Paganoni

Il momento magnetico anomalo del muone, g-2 , è misurato con grandissima precisione, ed è una delle poche misure in disaccordo, a livello di 3.5-4.0 deviazioni standard, dalle predizioni teoriche del Modello Standard. La predizione della teoria e dominata in precisione dalle correzioni adroniche (di per sé piccole rispetto alle correzioni leptoniche), difficili da calcolare perché richiedono la QCD. Il progetto MUonE propone di misurare sperimentalmente questi contributi adronici, misurando il running di alpha_em nell’interazione elastica μe → μe usando un fascio di muoni di 150 GeV su elettroni atomici, che esiste alla North Area al CERN. Una proposta di esperimento è in preparazione. Il lavoro di tesi (con diversi livelli di approfondimento gli argomenti possono applicarsi a triennali o magistrali) concerne uno dei seguenti argomenti, tutti attinenti alla preparazione dell’esperimento:

  1. Studio della configurazione geometrica del rivelatore (il cui cuore e un tracciatore di Si).
  2. Caratterizzazione di un calorimetro per misurare l'energia dell'elettrone uscente.
  3. Simulazione con GEANT4 dell'apparato finale per studiarne le prestazioni in termini di tracciamento e identificazione di particelle.
  4. Selezione di eventi elastici simulati e eventi reali presi durante un testbeam nel 2018.
  5. La Cromodinamica Quantistica e Il contributo adronico al momento magnetico anomalo del muone (tesi teorica in collaborazione con prof. Luca Trentadue).
  6. Ampiezze invarianti in Cromodinamica quantistica e dinamica di tipo spazio e di tipo tempo (tesi teorica in collaborazione con prof. Luca Trentadue).

Per ulteriori informazioni potete contattare i referenti di esperimento menzionati insieme agli argomenti di tesi o, più in generale, il referente di Fisica delle Particelle, P. Govoni (pietro.govoni@unimib.it).