Argomenti per la prova finale del terzo anno - Fisica delle Particelle

Le tesi triennali che proponiamo richiedono circa quattro settimane di lavoro a tempo pieno. Sono costituite da un approfondimento di un argomento di fisica delle particelle e una attività o misura originale (studio di performance, analisi dati o misura di laboratorio) che viene svolta presso i nostri gruppi di ricerca. Le misure che proponiamo sono commisurate alle tempistiche e alla preparazione di uno studente del III anno. Danno allo studente una prima percezione del lavoro di ricerca vero e proprio in modo da completare la propria preparazione in vista della laurea magistrale. Le conoscenze tecniche necessarie riguardano l’utilizzo della strumentazione di base, appresa nel corso di Laboratorio II, conoscenze di base di root e C++ per l'analisi dei dati.

Ultimo aggiornamento 23/04/2021, prossimo aggiornamento 24/05/2021

 

Esperimento CMS

Referenti: M. Dinardo, P. Dini, S. Gennai, A. Ghezzi, S. Malvezzi, A. Massironi, 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 le 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. Design and characterization of ultra-high radiation-tolerant pixel detectors for the high-luminosity upgrade of CMS
  2. Higgs physics with decays into tautau, gamma gamma, and WW (più di una tesi, sia di caratterizzazione di Higgs SM, ricerche di Higgs non-standard o Higgs-like particles)
  3. Thesis subjects on the study of the VBS process at the LHC
  4. Study of the Higgs boson self-coupling at the LHC
  5. Thesis subjects on Flavour Physics studies in CMS: search for the Lepton Flavour Violating τ → 3μ decay mode; search for Flavour Changing Neutral Current decays of B0 mesons
  6. Attività strumentale di sviluppo di rivelatori di traccia con elevata precisione in tempo
  7. Un collider di fotoni 
  8. Machine Learning for the transparency evolution prediction of the crystals that compose the CMS electromagnetic calorimeter
  9. Machine learning for non-prompt estimation in VBS searches
  10. Applicazione di tecniche di Unsupervised Learning per Anomaly Detection, per identificare segnali di fisica oltre il Modello Standard nei dati di CMS in modo agnostico rispetto ad ipotesi esplicite di nuova fisica
  11. Applicazione di tecniche di Unsupervised Learning per Anomaly Detection, per identificare segnali di fisica oltre il Modello Standard nei dati di CMS in modo agnostico rispetto ad ipotesi esplicite di nuova fisica.

Esperimento LHCb

L’esperimento LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment), in funzione al collisore protone-protone LHC al Cern, studia principalmente la fisica degli adroni contenenti quarks beauty o charm, effettuando misure di alta precisione e lo studio di decadimenti rari, per la ricerca di Fisica oltre il Modello Standard. Una delle domande aperte della Fisica fondamentale è l’origine dell’asimmetria materia-antimateria, che viene affrontata da LHCb con lo studio delle violazioni della simmetria di CP (Coniugazione di carica e Parità). Altre domande aperte riguardano la possibile violazione della universalità leptonica e della conservazione del sapore leptonico.

Proposte LHCb di analisi dati

Referenti: M. Calvi, S.Capelli, D.Fazzini, M. Martinelli, S. Meloni, J. Garcia Pardiñas, E.Shields

Per questi elaborati è richiesta preferibilmente la conoscenza dei linguaggio Python o C++ e di Root.

 

  1. Studio della classe RooBinSamplingPdf nell’analisi di D0->KKππ.
    Nel contesto della ricerca di violazione di CP nel Charm a LHCb, il canale di decadimento D0->KKππ offre la possibilità di misurare l’asimmetria materia-antimateria con tecniche di analisi innovative. Obiettivo di questo studio è studiare gli effetti di una nuova classe di ROOT per eseguire la misura. Il lavoro verrà svolto su campioni di dati reali raccolti dal rivelatore LHCb nel triennio 2016-2018 e su campioni di dati simulati.
  2. Studio dell’efficienza di ricostruzione del decadimento D0->KSK+K- nel rivelatore LHCb.
    La determinazione dell’efficienza di ricostruzione del decadimento D0->KSK+K- è cruciale per la misura delle variabili di mixing D0-D0bar. Utilizzando su campioni di dati reali raccolti dal rivelatore LHCb nel triennio 2016-2018 e campioni di dati simulati si costruiranno mappe di efficienza sul Dalitz plot del decadimento e se ne studierà la dipendenza temporale. Si confronteranno le mappe fornite dalla simulazione con quelle determinate dai dati. Si prevede che questo elaborato venga scritto in inglese.
  3. Studio dell’efficienza di selezione del decadimento D0->KSK+K- nell’upgrade di LHCb.
    Il rivelatore LHCb sta subendo un upgrade di quasi tutte le sue componenti per sostenere livelli di luminosità più elevata nel prossimo Run3 di LHC. In questo momento si stanno definendo le selezioni da effettuare a livello di Trigger per garantire i livelli di efficienza richiesti dalle analisi di questo decadimento. In particolare, è di primaria importanza che le selezioni rimuovano gli effetti variabili nel tempo osservati nei Run1 e Run2. La proposta di tesi prevede l’analisi delle simulazioni per verificare che le selezioni previste abbiano ottenuto il risultato proposto.
  4. Tecniche di Machine learning per la ricostruzione degli eventi nel rivelatore LHCb (DFEI).
    To face the challenges of a large increase in instantaneous luminosity in the upcoming Run3 of LHCb, that implies augmented event complexity and background levels, a Deep Full Event Interpretation (DFEI) during trigger is proposed. A deep neural network will process the low-level information from the detector and infer the heavy-hadron decays that occurred in the event. The student will have a role in the optimisation of the different neural networks and in the advanced process of “event selection”.
  5. Applicazioni di ML alla ricerca di violazione della conservazione del sapore leptonico (LFV). Analisi di eventi di segnale e di fondo tramite classificatori multivariati e confronto con reti neurali.
    Lo studio della possibile non-conservazione del sapore leptonico nei decadimenti dei leptoni carichi viene affrontata da LHCb con la ricerca del decadimento del leptone tau in tre muoni. Trattandosi di un decadimento ultra raro, non ancora osservato, cruciale è la capacità di distinguere gli eventi di segnale da altri con caratteristiche simili ma che hanno una origine più comune (fondo).
    Strumenti dell'ambito Machine Learning vengono incontro alle necessità della Fisica delle Alte Energie: classificatori multivariati possono essere addestrati a svolgere questo lavoro. Lo studente potrà testare diversi tipologie di classificatori, alla ricerca della configurazione ottimale dei parametri che consentano la migliore separazione tra segnale e fondo. Le performance ottenute potranno essere confrontate con quelle ottenute addestrando reti neurali di varia complessità. Il lavoro verrà svolto su campioni di dati reali raccolti dal rivelatore LHCb nel triennio 2016-2018 e su campioni di dati simulati. Si utilizzeranno i pacchetti di ML di scikit-learn.
  6. Studio di variabili angolari per 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 ai leptoni di diverse famiglie. In particolare risultano diverse dal previsto le frazioni di decadimenti semileptonici con un leptone tau rispetto quelli con un muone. Lo studio proposto consiste nello studiare le variabili angolari che permettono di estendere i test attuali. Si dovrà determinare la risoluzione con cui possono essere determinate tali variabili e l’accordo tra la misura nei dati e la simulazione. A tal scopo sarà necessario utilizzare come canale di controllo il decadimento B+ -> J/psi K+. Si dovrà selezionare un campione di dati reali ed effettuare il confronto tra dati reali e simulati con tecniche di Machine Learning.
Proposte LHCb con attività in laboratorio

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

  1. Studio della risoluzione temporale di vari tipi di fotorivelatori Multi Channel Plate in regime di singolo fotone per applicazioni nell’Upgrade2 di LHCb e in futuri rivelatori Cherenkov. 
  2. Sviluppo e ottimizzazione di elettronica ultraveloce per rivelazione di singoli fotoni Cherenkov.

Esperimenti CUORE e CUPID

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

  1. Calibrazione della risposta energetica dei rivelatori di CUORE con diverse tipologie di sorgenti di radiazioni. Approfondimento: l'interazione della radiazione con i rivelatori criogenici. Misura: rilascio di energia da alfa, gamma e per effetto joule in cristalli differenti e analisi delle diverse risposte
  2. Ottimizzazione di algoritmi per il riconoscimento del pile-up nelle serie temporali dell’esperimento CUORE. Approfondimento: software di ricostruzione eventi e analisi di CUORE, problematiche legate al rate di eventi in rivelatori lenti. Misure: analisi dei primi quattro datasets di CUORE
  3. Correlazione tra eventi sismici e incremento del rumore vibrazionale nell’esperimento CUORE. Approfondimento: rivelatori criogenici come sismografi? Misura: utilizzo di fonti esterne per le informazioni sui fenomeni sismici, ricerca di correlazione statisticamente significativa con i riscaldamenti dei rivelatori, riconoscimento della funzione di risposta dei rivelatori criogenici a sollecitazioni di origini differenti.
  4. Confronto delle performance in termini di soglia energetica di diversi algoritmi di trigger per l’acquisizione dell’esperimento CUORE. Approfondimento: acquisizione dati in continua e processazione in tempo reale, algoritmi di trigger, algoritmi di filtraggio nel dominio del tempo e delle frequenze. Misure: applicazione di diversi algoritmi di trigger ai primi quattro dataset di CUORE, analisi dei dati triggerati, definizione di figure di merito per il confronto delle performance
  5. Ricerca di contaminazioni radioattive localizzate o asimmetriche nel setup di CUORE. Approfondimento: sorgenti di fondo nella fisica degli eventi rari, contaminazioni radioattive e loro segnature sperimentali, simulazioni Monte Carlo basate su Geant4 di catene radioattive. Misure: suddivisione dei dati dell’esperimento CUORE in dataset in base alla geometria del detector, confronto delle attività di diverse sorgenti di fondo nei diversi dataset, utilizzo di metodi Monte Carlo per l'estrapolazione della posizione delle sorgenti nel setup e nei diversi elementi del criostato.
  6. Sottrazione di rumore monocromatico dalle forme d'onda dell’esperimento CUORE. Approfondimento: il noise e la risoluzione energetica dei rivelatori termici, filtri nel dominio del tempo e delle frequenze. Misure: sviluppo di algoritmi per la sottrazione di rumore sinusoidale dalle forma d’onda nel dominio del tempo, test dell’algoritmo su un dataset dell’esperimento CUORE.
  7. Caratterizzazione di sensori a semiconduttore, prodotti per drogaggio avvenuto mediante irraggiamento in un reattore (NTD). Approfondimento: proposta di tesi a forte connotazione di laboratorio/strumentale. Gli NTD sono sensori ultrasensibili per variazioni di temperatura dell’ ordine dei microK alle temperature ultrabasse (pochi mK) raggiungibili nei criostati a diluizione, come quelli in dotazione nel Lab. Criogenia di Bicocca. Non essendo termometri assoluti vanno pero’ caratterizzati. Il termometro di riferimento semi-assoluto appena acquistato si basa sul rumore Johnson e sara’ alla base dell’ allestimento del sistema di caratterizzazione. Competenze che si acquisiranno: vuoto, criogenia, sensoristica sofisticata, SQUID, ottimizzazione dell’ acquisizione dati e loro analisi.
  8. Simulazioni Monte Carlo applicate a bolometri e al segnale di luce dei bolometri scintillanti.
  9. Analisi bayesiana dei contributi al fondo di CUORE e CUPID-0. Proiezioni per CUPID.
  10. Misure di caratterizzazione dei bolometri di LiMO adottati in CUPID.

Esperimento GERDA/LEGEND

Referente: C.M. Cattadori

GERDA è uno dei due esperimenti più sensibili al mondo, per la ricerca del decadimento doppio beta (0nbb) senza emissione di neutrini. Grazie all’innovativo modus operandi dei consolidati rivelatori Ge, in alcuni anni di presa dati presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, GERDA ha centrato il suo obiettivo di progetto, migliorando di oltre un fattore 10 la sensibilità sul decadimento 0nbb del 76Ge, rispetto ai progetti predecessori. LEGEND è il suo successore: da pochi mesi ha ereditato il setup di GERDA per ampliarlo e migliorarlo ed aumentare così ulteriormente la sensibilità di misura. 

  1. Misura e analisi delle prestazioni dei preamplificatori di carica criogenici (LEGEND) : linearità, tempo salita, forma impulso etc. cross-talk etc. 
  2. Misura e analisi del tempo di condizionamento e del rateo di microdiscariche su cavi coassiali speciali in ambiente criogenico utilizzati per polarizzazione rivelatori Ge, (rateo microdiscariche, ampiezza etc.)
  3. Misure di efficienza della trasmissione ottica in regime di guida di luce, di lastre wavelenght shifting operate a temperatura criogeniche e ambiente.
  4. Digital Processing (ambiente Root) di set di dati di luce di scintillazione di LAr registrate tramite dispositivi SiPMs nei tests dell’apparato LEGEND.
  5. Digital Processing (ambiente Root) di set di dati di rivelatori Ge acquisiti nei tests dell'apparato LEGEND.

Esperimento JUNO

Referenti: M. Sisti, D. Chiesa, M. Nastasi, E. Previtali

Il Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) ha l'obiettivo primario di determinare l'ordinamento delle masse dei neutrini attraverso la misura delle oscillazioni degli antineutrini emessi da una decina di reattori nucleari posti a 53 km di distanza. Il rivelatore è costituito da 20000 tonnellate di scintillatore liquido instrumentato con decine di migliaia di fotomoltiplicatori. In virtù delle sue eccezionali dimensioni e prestazioni, JUNO consentirà anche lo studio di molti altri segnali di estremo interesse per la fisica astroparticellare: supernovae, neutrini solari, neutrini atmosferici, geo-neutrini, decadimento del protone, ...

  1. Misure ultrasensibili di contaminanti radioattivi nei materiali del rivelatore JUNO con tecniche di attivazione neutronica presso il reattore nucleare TRIGA di Pavia e di spettroscopia gamma in coincidenza presso il laboratorio di radioattività del Dipartimento di Fisica.
  2. Studio al simulatore con metodo Monte Carlo dello spettro di neutrini emesso da un reattore nucleare di potenza.

 

Esperimento HOLMES

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

HOLMES è un esperimento il cui fine è la misura della massa del neutrino attraverso lo studio del decadimento per cattura elettronica dell’isotopo 163Ho. HOLMES utilizza microcalorimetri a bassissima temperatura (Transition Edge Sensors) e si svolge nel Laboratorio di Criogenia del Dipartimento di Fisica “G.Occhialini” dell’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. L’obiettivo primario della fase attualmente in corso è la progettazione e messa in opera di un dimostratore a 64 canali che possa gettare le basi per la realizzazione dell’esperimento che possa gettare le basi per la realizzazione di più di 1000 rivelatori letti contemporaneamente. In questo contesto lo studente potrà dare un contributo ad una delle seguenti attività attualmente in sviluppo:

  1. Produzione e separazione dell'isotopo 163Ho;
  2. Sviluppo delle matrici rivelatori TES, realizzazione e studio delle deposizioni e preparazione dei setup sperimentali necessari per le caratterizzazioni;
  3. Sviluppo di algoritmi e tecniche numeriche per l’analisi e per la discriminazione e catalogazione degli eventi acquisiti con le matrici di rivelatori sviluppati;
  4. Progettazione e realizzazione del software e hardware per la lettura e multiplexing necessari per un sistema a 64 canali.

Sviluppo di simulazioni e algoritmi su computer quantistici

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

La computazione quantistica negli ultimi anni ha subito una notevole espansione dimostrando l'enorme potenziale di cui dispongono questi nuovi calcolatori che in un futuro prossimo potranno rivoluzionare il concetto di Computer Science così come lo conosciamo. Un computer quantistico sarebbe in grado di risolvere molto più rapidamente alcuni problemi rispetto a qualsiasi computer classico e inoltre permetterebbe la simulazione di sistemi quantistici complessi e fondamentali, con forti ricadute sulla ricerca nel campo di molti settori scientifici. Lo studente, una volta acquisiti i concetti base del calcolo quantistico, potrà creare simulazioni di semplici circuiti e algoritmi sfruttando la piattaforma IBM Q Experience che permette di lavorare sia con hardware classico che con un processore quantistico a 5 qubit. In alternativa lo studente potrà realizzare simulazioni ed algoritmi quantistici utilizzando l’ambiente di sviluppo qsim fornito da Google ed in grado di simulare 30 qubit. Il lavoro di tesi sarà svolto in collaborazione con il Professor Paolo Solinas, docente del corso di Fondamenti di Computazione Quantistica, presso l’Università degli Studi di Genova. I lavori di tesi sugli stessi argomenti, svolti in passato e attualmente in sviluppo, sono disponibili al link: https://github.com/qismib

Fisica del Neutrino agli Acceleratori

Referenti: F. Terranova, A. Branca, C. Brizzolari, G. Brunetti, C. Cattadori, E. Cristaldo,  M. Delgado, A. Falcone, C. Gotti, D. Guffanti, A. Minotti, E. Parozzi, G. Pessina, H. Souza, M. Torti, V. Mascagna, M. Spanu, E. Vallazza

Esperimento NP06/ENUBET
  1. Preparazione del test CERN 2021 e caratterizzazione dei nuovi fotosensori. Approfondimento: tecniche di identificazione e separazione di fotoni e elettroni al GeV. Calorimetria elettromagnetica. [Tipologia: Sviluppo di Rivelatori, Attività di Laboratorio e test su fascio agli acceleratori] [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e ROOT]
  2. Studio della linearità dei fotosensori custom di ENUBET prodotti da Fondazione Bruno Kessler. Approfondimento: SiPM e rivelatori di fotoni. [Tipologia: Sviluppo di Rivelatori, Attività di Laboratorio e test su fascio agli acceleratori] [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e ROOT]
  3. Trasformazione di un beam dump in un range-meter instrumentato. Approfondimento: misura di energia dal range e sistemi di tracciamento radiation hard. [Tipologia: Simulazioni Monte Carlo, machine learning e rivelatori radiation-hard] [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e ROOT]
  4. Stima delle coincidenze accidentali nei Tagged Neutrino Beam. Approfondimento: tecniche non convenzionali per la fisica del neutrino agli acceleratori, timing di particelle cariche e fotoni.  [Tipologia: Simulazioni Monte Carlo, analisi dati] [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e ROOT]

Esperimento DUNE
  1. Caratterizzazione di fotosensori a temperature criogeniche per il Photon Detection System dell'esperimento DUNE. Approfondimento: fotosensori e Silicon Photomultipliers, luce di scintillazione nell'Argon Liquido. Misura: determinazione dei principali parametri dei fotosensori a 77 K [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e ROOT]
  2. Analisi della risposta alla luce di scintillazione del rivelatore X-ARAPUCA di DUNE. Approfondimento: tecniche di light trapping a 128 nm, Silicon Photomultipliers,  luce di scintillazione nell'Argon Liquido. Misura: Analisi dei dati della half-cell a 77 e 87 K  [Prerequisiti: conoscenze di base delle tecniche di laboratorio e ROOT]
  3. Studio della risposta ottica del argon liquido dopato con Xenon per il miglioramento dell'efficienza di rivelazione del Photo Detection System di DUNE e per lo studio delle supernovae. Approfondimento:  Silicon Photomultipliers e sistemi di shifting della luce ultravioletta, luce di scintillazione nell'Argon e nello xenon liquido, neutrini da supernovae Misura: Analisi dei dati raccolti al laboratorio CERN dall'esperimento ProtoDUNE-SP.
  4. Anticorrelazione carica-luce in TPC ad Argon liquido con e senza Xenon. Approfondimento: calorimetria nei rivelatori a gas nobili liquefatti, misure di energia nelle interazioni di neutrino. Misura: simulazione della risposta di DUNE e ricostruzione energetica di particelle singole e sciami da correnti cariche. [Prerequisiti: conoscenze di base di statistica e ROOT]
  5. Ganging attivo per l’esperimento DUNE. La tesi prevede lo studio della tecnica del “ganging attivo” con amplificatori a transimpedenza per la lettura di un gran numero (48-120) di fotosensori al silicio e la sua validazione in laboratorio a temperature criogeniche.  [Prerequisiti: conoscenze di base di elettronica 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  davano 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. test di laboratorio di nuovi cristalli con lettura tramite array di silicon photomultipliers per rivelare  raggi X  a bassa energia 
  2. sviluppo di rivelatori di fascio basato su fibre scintillanti e silicon photomultipliers
  3. studio delle caratteristiche di  fibre ottiche nel medium infrared (MIR) e caratterizzazione di rivelatori MIR 
  4. calcoli teorici della funzione di trasferimento da atomi muonici a Ossigeno nella regione epitermica
  5. analisi del comportamento di rivelatori a raggi X sul fascio di muoni a RIKEN-RAL (UK).

 

 

Esperimenti Icarus a Fermilab

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 reiezione del fondo di raggi cosmici, dovuto alla installazione in superficie del rivelatore Icarus T600 e sarà essenziale per il suo buon funzionamento.  L’esperimento Icarus è attualmente in presa dati al Fermilab sul fascio di neutrini SBN. 

Referenti: M. Bonesini, R. Benocci

  1. sviluppi per il sistema di calibrazione di 360 PMT a grande area di Icarus basato su laser a diodo veloce
  2. tests di rivelatori  innovativi per la lettura della luce UV emessa in Argon liquido da particelle ionizzanti
  3. rivelazione di neutrini sterili al fascio SBN di Fermilab.

Esperimento AMS

Referenti: M. Gervasi, P. Rancoita

  1. studio della modulazione solare sui Raggi Cosmici Galattici nel periodo di massima attività solare, con i dati di AMS-02;
  2. studio dell'isotropia spaziale dei Raggi Cosmici Galattici, con i dati di AMS-02;
  3. studio degli eventi solari e delle emissioni solari energetiche, con i dati di AMS-02, e loro effetti sulla magnetosfera terrestre.

 

Progetto TRISTAN

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

  1. Caratterizzazione della risposta di Silicon Drift Detectors (SDD) usando fasci di elettroni
  2. Realizzazione di un sistema per la caratterizzazione di SDD con sorgenti di conversione interna e sorgenti X
  3. Simulazione della propagazione di elettroni di basse energie in GEANT
  4. Misura di spettri beta mediante SDD in KATRIN

 

Progetto CHNET-TANDEM

Referenti: M. Clemenza

  1. Caratterizzazione della Prompt Gamma Neutron Activation facility del LENA

 

Sviluppo di nuove tecnologie per calorimetria e tracciamento

Referenti: L. Gironi, P. Govoni, M. Pizzichemi, M. Sisti

Studio di performance di un innovativo scintillatore liquido per rivelatori a collisori di particelle. Lo studente studierà la simulazione di un rivelatore di nuova concezione ed i vantaggi rispetto alle tecnologie esistenti. Le competenze tecniche richieste sono apprese durante il corso di calcolo del laboratorio del II anno.

  1. Determinazione dell’efficienza di rivelazione e risoluzione spaziale mono-dimensionale per muoni entranti ortogonalmente ad un piano di una misura in assenza di campo magnetico, in funzione delle caratteristiche geometriche del rivelatore e cinematiche delle particelle incidenti.
  2. Determinazione dell’efficienza di risoluzione spaziale 2D con un sistema di molti piani di rivelazione, in funzione del numero di piani, delle caratteristiche geometriche del rivelatore e cinematiche delle particelle incidenti.
  3. Studio della risoluzione energetica del sistema in funzione delle caratteristiche geometriche del rivelatore e cinematiche delle particelle incidenti.
  4. Studio del comportamento del modello di rivelatore in presenza di campo magnetico e risoluzione nella ricostruzione della traccia di un singolo muone, in funzione delle caratteristiche geometriche del rivelatore e cinematiche delle particelle incidenti.
  5. Studio delle potenzialità di rivelazione di muoni ad alta energia sfruttando le caratteristiche tipiche dell’interazione radiazione-materia al di sopra dell’energia critica per muoni.

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. Le basi teoriche del momento magnetico anomalo (tesi teorica in collaborazione con prof. Luca Trentadue)
  6. La determinazione del momento magnetico anomalo (tesi teorica in collaborazione con prof. Luca Trentadue)

Misure di contaminanti radioattivi nei materiali presso il Laboratorio di Bassa Radioattività

Referenti: M. Sisti, M. Nastasi, E. Previtali, D. Chiesa

Il Laboratorio di Bassa Radioattività presente presso il Dipartimento di Fisica è dotato di diversi strumenti per spettroscopia alfa, beta e gamma, tra i più sensibili presenti sul territorio nazionale. Il principale obiettivo delle attività di ricerca è l’ottimizzazione della strumentazione e delle metodiche analitiche al fine di ottenere un costante miglioramento della sensibilità di misura per la discriminazione del fondo radioattivo dovuto a contaminanti naturali e cosmogenici di interesse per gli esperimenti di fisica degli eventi rari (CUORE,JUNO, CUPID). In parallelo nel Laboratorio si applicano le tecniche di misura anche a studi ambientali, misure archeometriche, analisi biomediche.

  1. Determinazione della sensibilità di un rivelatore al germanio per applicazioni alla spettroscopia gamma a bassissimo fondo radioattivo.
  2. Studio dell’attivazione cosmogenica di un rivelatore al germanio e simulazione di una schermatura di neutroni.
  3. Ottimizzazione della sensibilità di misura di campioni a bassissima radioattività mediante la ricostruzione della forma spettrale misurata da un rivelatore al germanio. Approfondimento: la sfida principale nelle misure di spettroscopia gamma per la ricerca di isotopi a bassissima radioattività consiste nel massimizzare il rapporto tra gli eventi di segnale e il fondo ambientale. Tradizionalmente l’analisi si focalizza sull’analisi delle righe gamma, senza sfruttare le informazioni potenzialmente contenute nel resto dello spettro. Questa attività ha l’obiettivo di testare le potenzialità di una tecnica di analisi bayesiana in grado di combinare il fondo del rivelatore e gli spettri di segnale ricostruiti con un simulatore Monte Carlo, allo scopo di incrementare la sensibilità di misura.
  4. Analisi di misure in coincidenza gamma-gamma ad alta sensibilità su campioni di origine glaciale.
    Approfondimento: la superficie dei ghiacciai si sta dimostrando un ambiente di grande interesse dal punto di vista della radioattività ambientale. Sopra i ghiacciai, durante la stagione estiva di fusione, si accumula un sedimento particolare, ricco di sostanza organica e noto come crioconite. La continua interazione con l’acqua di fusione e l’abbondanza di materia organica rendono la crioconite estremamente efficiente nell’accumulare i radionuclidi ambientali, sia naturali che di origine artificiale. Il progetto di tesi ha come obiettivo quello di sviluppare nuovi metodi per lo studio della radioattività in campioni di crioconite, sfruttando i rivelatori sviluppati presso il gruppo di Bassa Radioattività per lo studio della fisica degli eventi rari. In particolare  sarà interessante effettuare misure di radioattività-gamma con rivelatori al germanio ipe-puro che operano in coincidenza. L’utilizzo di questi strumenti permetterà di raggiungere livelli di sensibilità estremamente elevati e individuare radionuclidi artificiali rari, poco o per nulla conosciuti.

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).