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 09/12/2019, prossimo aggiornamento 09/01/2020

 

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 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. R&D on ultra-high radiation tolerant pixel detectors for HL-LHC
  2. Development of a modern data acquisition program, with FPGA interfaces, for testing novel pixel detectors for HL-LHC
  3. 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)
  4. Thesis subjects on the study of the VBS process at the LHC
  5. Thesis subjects on the study of the Higgs boson self-coupling at the LHC
  6. 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.
  7. Attività strumentale di sviluppo di rivelatori di traccia con elevata precisione in tempo
  8.  Un collider di fotoni
  9. Machine Learning for ECAL transparency evolution prediction

 

Esperimento LHCb

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

  1. Misura di osservabili angolari nei decadimenti semileptonici dei mesoni B in stati finali con muoni e tauoni per lo studio dell’universalità leptonica.
  2. Ricostruzione e selezione del decadimento B0->D+D- per la misura della violazione di CP nei mesoni B0
  3. Ricostruzione dei decadimenti Ds->phi(mumu)pi nei dati del Run2 e misura delle componenti di decadimenti primari e secondari.
  4. Potenzialità della ricostruzione delle tracce di particelle di basso momento utilizzando le camere esterne da inserire nel rivelatore tracciante di LHCb e applicazione alla ricostruzione di mesoni charmati.
  5. Studio della risoluzione temporale di fotorivelatori Multi Channel Plate in regime di singolo fotone per applicazioni nell’Upgrade2 di LHCb e in futuri rivelatori Cherenkov.
  6. Sviluppo e ottimizzazione di elettronica ultraveloce per rivelazione di singoli fotoni Cherenkov.
  7. Studio della produzione di un bosone Z accompagnato da due jets di quarks b (pp-->Zbb).

Esperimenti CUORE e CUPID

Referenti: 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 JUNO

Referenti: M. Sisti, E. Previtali

  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, A. Puiu

  1. produzione e separazione dell'isotopo 163Ho
  2. sviluppo dell'array di rivelatori TES
  3. sviluppo del read-out a SQUID e del sistema di multiplexing
  4. Analog/digital signal processing
  5. analisi dei dati

 

Esperimenti ENUBET e DUNE

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

  1. Risoluzione energetica del prototipo a lettura laterale di ENUBET. Approfondimento: tecniche di identificazione e separazione di fotoni e elettroni al GeV. Calorimetria elettromagnetica. Misura: determinazione della risoluzione energetica nel prototipo a lettura laterale di ENUBET. I dati sono stati acquisiti al CERN a Settembre 2018
  2. 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
  3. Analisi della risposta alla luce di scintillazione del rivelatore ARAPUCA di PROTODUNE-SP. Approfondimento: tecniche di light trapping a 128 nm, Silicon Photomultipliers,  luce di scintillazione nell'Argon Liquido. Misura: Analisi dei dati del rivelatore PROTODUNE al CERN
  4. Readout veloce di cristalli di LYSO su ampie superfici per ENUBET e i fasci taggati di neutrino. Approfondimento: tecniche di timing, scintillatori inorganici, fotosensori. Misura: determinazione della risposta di un cristallo al passaggio di particelle al minimo di ionizzazione

 

Progetto FLARES

Referenti: M. Beretta, S. Capelli, L. Gironi, E. Previtali, M. Sisti

  1. Misure a basso fondo con discriminazione in forma e veto attivo per muoni con rivelatori scintillanti
  2. Misure di contaminazioni radioattive nei cristalli scintillanti e nei materiali con detector al germanio
  3. Studio della dipendenza da temperatura e posizione di interazione della forma degli impulsi di Silicon Drift Detector

 

Progetto ESQUIRE

Referenti: M. Beretta, C. Brofferio, S. Capelli, L. Gironi

  1. Studio degli effetti della tecnica di filtro ottimo sui segnali di Silicon Drift Detector
  2. Sviluppo e ottimizzazione di software per l'analisi degli impulsi di Silicon Drift Detector in ambiente MATLAB
  3. Studio tramite simulazioni Montecarlo (Geant4) della risposta di campioni di Quantum Dots alla radiazione ionizzante

 

Esperimento FAMU al RAL

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

  1. test di laboratorio di nuovi cristalli con lettura tramite array di silicon photomultipliers per rivelatori a raggi X
  2. studio di una nuova elettronica veloce per rivelatori al Germanio iperpuro
  3. sviluppi per rivelatori di fascio basato su fibre scintillanti e silicon photomultipliers
  4. studio delle caratteristiche di  fibre ottiche nel medium infrared (MIR) e caratterizzazione di rivelatori MIR
  5. calcoli teorici della funzione di trasferimento da atomi muonici a Ossigeno nella regione epitermica

 

 

Esperimenti Icarus e Dune a Fermilab

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

Referenti: M. Sisti, G. Ortona, P. Govoni, L .Gironi

  1. 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.

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)

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).