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Description
Gli esperimenti di collisione tra particelle ad altissima energia
al Large Hadron Collider non hanno finora rivelato segnali di
nuova Fisica rispetto a quanto predetto dal Modello Standard (MS).
D'altra parte, restano importanti questioni aperte, supportate sia
da forti evidenze sperimentali che da argomenti teorici, le quali
puntano all'esistenza di fisica oltre il MS.
Fra gli altri, l'origine e la natura della Dark Matter, la massa dei neutrini e
l'asimmetria barionica nell'universo.
Un'interessante soluzione ad alcuni di questi problemi e' offerta da
modelli che prevedono l'esistenza di particelle debolmente interagenti
con quelle del MS, le cosiddette WIMP (Weakly Interacting Massive Particle),
eludendo in questo modo gli attuali limiti sperimentali posti dalla loro
ricerca diretta in un tipico esperimento di collisione ad alta energia.
La "caccia" alle WIMP ha aperto una vera e propria campagna
sperimentale che va dal riutilizzo dei dati gia' disponibili
mediante nuove analisi (MINIBOONE, NA62 per citarne alcuni), allo studio
di possibili aggiunte di rivelatori nei pressi di
esperimenti di collisione esistenti (come FASER e MATHUSLA tra gli
altri) fino alla progettazione di una nuova generazione
di facilitiy dedicate (come SHiP e LDMX).
Gli stati a minore energia nello spettro delle nuove particelle
sono caratterizzati in generale da una lunga vita media,
data la debole interazione con le particelle del MS.
Pertanto la rivelazione delle WIMP in tutti gli esperimenti citati sopra
prevede due fasi distinte:
esse vengono prodotte in processi di interazione o decadimento
in un punto e rivelate, mediante scattering con particelle di materia
ordinaria o decadimento in tracce visibili,
in un altro punto macroscopicamente distante dal primo.
Per questo motivo la simulazione degli eventi di segnale
presenta delle difficolta' nuove rispetto ai tipici processi di
scattering, che non erano contemplate dai generatori di eventi disponibili.
In questo lavoro, abbiamo sviluppato degli opportuni metodi
Monte Carlo per la corretta descrizione delle correlazioni tra
i processi di produzione e quelli di rivelazione, inclusi
la modellizzazione dei principali effetti dovuti alla
geometria e all'efficienza del detector. Tali metodi sono stati
implementati in un nuovo generatore di eventi, basato sul consolidato
framework di MadGraph, raggiungendo un considerevole livello di
automazione.
Il tool e' pubblico ed e' stato impiegato per alcuni studi di
sensitivita' dell'esperimento SHiP per la rivelazione di nuove
particelle di piccola massa nella regione sotto il GeV. Di particolare
rilievo risultano le potenzialità di scoperta di SHiP nell'ipotesi che
il mediatore delle interazioni tra WIMP e MS sia un vettore massivo
(Dark Photon).
