IFAE 2019 - Incontri di Fisica delle Alte Energie

8 Apr 2019, 09:00 → 10 Apr 2019, 13:40 Europe/Rome

L'edizione 2019 degli Incontri di Fisica delle Alte Energie (IFAE) è organizzata dalla sezione INFN di Napoli e dal Dipartimento di Fisica “Ettore Pancini” dell’Università di Napoli Federico II.

L'evento inizierà Lunedi 8 Aprile alle 9:00 e terminerà Mercoledi 10 Aprile alle 13:00. Vi saranno solo sessioni plenarie, dedicate alla discussione degli aspetti di maggior interesse della Fisica delle alte energie. Come da tradizione, ai relatori si chiedono presentazioni in lingua italiana.

Comitato Scientifico: Diego Bettoni, Walter Bonivento, Concezio Bozzi, Claudia Cecchi, Giorgio Chiarelli, Eugenio Coccia, Pietro Colangelo, Fulvia De Fazio, Giuseppe Della Ricca, Anna Di Ciaccio, Fabrizio Fabbri, Speranza Falciano, Fernando Ferroni, Emidio Gabrielli, Claudia Gemme, Pasquale Lubrano, Antonio Masiero, Leonardo Merola, Marco Paganoni, Daniele Pedrini, Stefano Ragazzi, Giulia Ricciardi, Biagio Saitta, Luca Trentadue (chair), Alessia Tricomi, Vincenzo Vagnoni, Francesco Vissani, Antonio Zoccoli.

Comitato Organizzatore: Fabio Ambrosino, Giancarlo D'Ambrosio (co-chair), Guglielmo De Nardo (co-chair), Gianfranca De Rosa, Luciano Di Fiore, Adele Lauria, Paolo Massarotti, Stefano Mastroianni, Mario Merola, Giovanni Mettivier, Giuseppe Osteria, Pierluigi Paolucci, Pietro Santorelli, Francesco Tramontano, Laura Valore.

Organizzato con il patrocinio e il supporto dell' Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e L'Università di Napoli Federico II

Monday, 8 April

Registrazione

Apertura

1 Saluti di apertura

2 Fisica presente e futura degli esperimenti ATLAS e CMS

Speaker: Marumi Kado (ROMA1)

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3 Prospettive di Fisica ai futuri collisori

Speaker: Michelangelo Mangano (cern)

Mangano-IFAE.pdf

11:30 Pausa caffè

Cosmologia ed Astroparticelle

4 Neutrini sterili in astro: stato attuale e prospettive

Neutrino sterili a diverse scale di massa sono stati naturalmente introdotti in alcune teorie così come suggeriti da diversi risultati sperimentali. In particolare, neutrini sterili di massa del keV potrebbero costituire un valido candidato di DM mentre neutrini più leggeri, di massa dell ordine dell’eV, potrebbero essere prodotti nell’universo primordiale tramite oscillazione con i neutrini attivi. Presenterò i limiti attuali e possibili prospettive future.

Speaker: Dr Ninetta Saviano (THEP, Uni Mainz, Germany)

5 Una strategia per la rivelazione dei neutrini solari da ciclo CNO con l’esperimento Borexino

Il Sole rappresenta di gran lunga la fonte naturale di neutrini più intensa a nostra disposizione. I neutrini solari, emessi da reazioni di fusione termonucleare, forniscono una modalità unica di studiare le regioni più interne della nostra stella. Secondo i modelli solari, il contributo dominante di neutrini solari emessi deriva dalle reazioni della catena pp (protone-protone), mentre i processi del secondario ciclo CNO forniscono circa l’1% dell’energia emessa totale.
Borexino è un rivelatore a scintillatore liquido ultrapuro collocato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, in presa dati dal 2007, il cui obiettivo primario è la spettroscopia dei neutrini solari. Le interazioni si verificano tramite diffusione elastica con gli elettroni dello scintillatore: questi producono luce di scintillazione che viene raccolta da fotomoltiplicatori. Il risultato più recente di Borexino consiste nella prima misura simultanea dei rate di interazione dei neutrini dalla catena pp, per mezzo di un complesso fit multivariato.
In questo contributo presenterò le strategie per la determinazione del flusso dei neutrini dal ciclo CNO, l’ultimo a non essere ancora stato misurato. Infatti, il principale ostacolo per questa misura è la stretta anticorrelazione dello spettro energetico dei neutrini da CNO e del fondo radioattivo di $^{210}\mathrm{Bi}$ presente nel rivelatore: ciò rende impossibile per il fit spettrale ricavare separatamente i tassi di interazione delle due componenti. Di conseguenza è necessario vincolare in maniera indipendente il tasso di interazione del $^{210}\mathrm{Bi}$, tramite un’analisi indipendente dal fit multivariato adottato in precedenza. Infine presenterò alcuni studi di sensitività all’esistenza dei neutrini da CNO in funzione della precisione dell’ipotetico vincolo al tasso di interazione del $^{210}\mathrm{Bi}$.

Speaker: Davide Basilico (MI)

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6 Leptogenesi a bassa scala e prospettive sperimentali

L'estensione del Modello Standard delle interazioni fondamentali tramite l'inclusione di singoletti fermionici fornisce una soluzione simultanea per spiegare sia l'origine delle masse dei neutrini che dell'asimmetria barionica nell'Universo. In questa esposizione presenterò le realizzazioni minimali di questo scenario nel caso di singoletti fermionici alla scala del GeV e la relativa fenomenologia, e discuterò le prospettive sperimentali per testare questa ipotesi ad LHC ed in altri esperimenti esistenti.

Speaker: Michele Lucente (UCLouvain)

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7 Search for neutrinoless double beta decay with GERDA

The GERmanium Detector Array (GERDA) experiment for the search of lepton number violating neutrinoless double-beta decay of $^{76}$Ge is located at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). GERDA operates bare, enriched Ge diodes in liquid argon. The BEGe detectors used in GERDA provide an excellent background discrimination from the analysis of the time profile of the detector signals, while the instrumentation of the cryogenic liquid volume surrounding the germanium detectors acts as an active veto to further suppress the external background. With a total exposure of 82.4 kg $\times$ yr GERDA remains in the background free regime and has achieved a median sensitivity on the half-life of T1/2>1.1$\times$10$^{26}$ yr (90% C.L.). The non observation of any signal allowed to derive a lower limit of T1/2>0.9$\times410$^{26} yr (90% C.L.). This contribution will focus on the basic concept of the GERDA design, the data taking and the physics results obtained in Phase II.

Speaker: Valerio D'Andrea (Università dell'Aquila & LNGS)

IFAE2019_dandrea.pdf

13:00 Pausa pranzo

Frontiera dell'Energia

8 Anomalie B e violazione della parità di bassa energia

Consideriamo una semplice implementazione di un modello $ Z ^ \prime $ minimo nel contesto delle anomalie nei decadimenti $ B $. Con l'assunzione del contributo primario dovuto all'elettrone, vengono studiate le implicazioni delle recenti misurazioni sulla carica debole del protone $ Q_W ^ p $ e l'atomo di cesio $ Q_W ^ {Cs} $. La conclusione è caratterizzata da un comportamento limitante diverso a seconda della chiralità della corrente di lepton. I vincoli vengono poi confrontati con quelli provenienti da ricerche dirette. Questa osservazione è cruciale nel determinare l'esatta natura della soluzione dell'anomalia. I limiti dei modelli semplificati della fisica atomica vengono quindi confrontati con quelli delle ricerche dirette. Dimostriamo che un piccolo miglioramento nelle misurazioni della fisica atomica può essere confrontato con i limiti delle ricerche dirette con possibilmente sensibilità migliori per le masse più pesanti ($ \sim 3,5 $ TeV). Finalmente commentiamo la prospettiva del collisore per osservare gli stati con energia piu grande della produzione risonante di LHC.

Speaker: Abhishek Muralidhar Iyer (NA)

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9 Ricerca di nuova fisica negli stati finali con b- e c-getti ad LHCb

LHCb è uno spettrometro che copre la regione in avanti delle collisioni pp, inizialmente progettato per lo studio degli adroni b e c.
Negli ultimi anni la collaborazione LHCb ha sviluppato algoritmi per ricostruire ed identificare i getti generati da quark b e c, utilizzando tecniche che consentono un'elevata soppressione del fondo prodotto da quark leggeri e gluoni.
In questo intervento vengono presentate la ricostruzione e l'identificazione dei b e c-getti ad LHCb. Si discute poi la ricerca delle risonanze b b-bar e c c-bar, in particolare si presentano le prospettive nell'osservazione del processo H->c c-bar ad LHCb. Infine si discute la possibilità di misurare l'asimmetria "forward-backward" per i sistemi b-bar e c c-bar, osservabile sensibile a contributi di Nuova Fisica.

Speaker: Lorenzo Sestini (PD)

Sestini_IFAE.pdf

10 Search for four-top-quark production in the single-lepton and opposite-sign dilepton final states in proton-proton collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS detector

Recent published results on a search for four-top-quark production, $t\bar{t} t\bar{t}$, are presented based on data taken at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider, corresponding to an integrated luminosity of $36.1 fb^{-1}$. Data are analysed in the single-lepton and opposite-sign dilepton channels. The search exploits the high jet / b-tagged jet multiplicities and large total sum of jet transverse momenta, which characterise signal events and provide good discrimination against the $t\bar{t}+$jets dominant background, which is estimated through a data-driven method. No significant excess above the Standard Model expectation is observed.

Speaker: Jacopo Magro (UD)

IFAE_Jacopo_Magro.pdf

11 Misure di top quark singolo con l'esperimento CMS

I quark top possono essere prodotti singolarmente ad LHC tramite processi di interazione debole a corrente carica. La presenza di un vertice di interazione elettrodebole rende questo canale sensibile alla presenza di nuova fisica, che si manifesta come accoppiamenti anomali o FCNC. Saranno presentati gli ultimi risultati di CMS con i dati del Run II sulla produzione di quark top singoli, riportando le misure inclusive e differenziali, che permettono di sondare con accuratezza la struttura del vertice di interazione e di andare alla ricerca di deviazioni dal Modello Standard.

Speaker: Agostino De Iorio (NA)

DeIorio_IFAE19.pdf

12 Ricerca di materia oscura in eventi con impulso trasverso mancante e getti adronici con l’esperimento ATLAS a LHC e HL-LHC

L’esistenza della materia oscura è corroborata da molteplici prove sperimentali di natura astrofisica, ma la sua natura particellare è ancora ignota. Lo studio di eventi con getti adronici di alta energia e impulso trasverso mancante in collisioni protone-protone ricopre un ruolo chiave nella ricerca di particelle neutre debolmente interagenti, che sono un naturale candidato per spiegarne gli effetti. Mostreremo i più recenti risultati ottenuti dall’analisi dei dati raccolti dall’esperimento ATLAS durante il Run-2, e illustreremo le potenzialità di scoperta attese per il Run-3 e la fase ad alta luminosità del Large Hadron Collider.

Speaker: Guglielmo Frattari (R)

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Frontiera dell'Intensità

13 Ricerca di violazione diretta di CP nei decadimenti dei mesoni D0 a LHCb

L’esistenza di violazione di simmetria di $C\!P$ nei decadimenti dei mesoni $K$ e $B$ è stata dimostrata da molte misure, ma non è ancora stata osservata nel settore del charm. Viene qui riportata la ricerca di violazione di $C\!P$ integrata nel tempo nei decadimenti $D^0 \to K^- K^+$ e $D^0 \to \pi^- \pi^+$ effettuata usando dati ottenuti da collisioni protone-protone corrispondenti a una luminosità integrata di $6~\mathrm{fb}^{-1}$, raccolti ad un’energia di centro di massa di 13 TeV con il rivelatore LHCb. Il sapore dei mesoni charm è determinato dalla carica del pione nei decadimenti $D^*(2010)^{+} \to D^0 \pi^+$ o dalla carica del muone nei decadimenti $\overline{B}^0, B^- \to D^0 \mu^- \bar{\nu}_\mu X$.

Speaker: Federico Betti (BO)

betti_federico_IFAE_2019_v2.pdf

14 Misura di $K^{+}\to \pi^{+}\nu\bar{\nu}$ all'esperimento NA62

NA62 è un esperimento a bersaglio fisso situato lungo la linea di fascio estratta dall'acceleratore SPS del CERN che si propone di misurare la frazione di decadimento di $K^{+}\to \pi^{+}\nu\bar{\nu}$ ricostruendo il decadimento in volo del $K^{+}$. Di recente la collaborazione ha pubblicato i risultati basati su un campione di $1.21 \times 10^{11}$ decadimenti del $K^{+}$ raccolto nel 2016. È stato osservato un evento di segnale con un fondo atteso di 0.152 eventi, questo ha permesso di porre un limite superiore di $14 \times 10^{-10}$ alla frazione di decadimento di $K^{+}\to \pi^{+}\nu\bar{\nu}$ al $95\%$ di CL.

Speaker: Andrea Parenti (Università e INFN, Firenze)

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15 Ricerca di violazione del numero leptonico e altri processi esotici con l’esperimento NA62 al CERN

L’esperimento NA62 al CERN fornisce un ambiente unico per testare effetti di nuova fisica nel settore dei K. Il suo obiettivo principale è la misura del rapporto di decadimento del processo ultra-raro $K^+\to \pi^+\nu\bar\nu$, la cui previsione teorica del Modello Standard è determinata con grande precisione. NA62 è un esperimento a bersaglio fisso in cui i mesoni decadono in volo; la presa dati è cominciata nel 2016 e si è conclusa nel 2018, con O($10^{12}$) decadimenti di kaoni raccolti.
L’abbondante numero di $K^+$ collezionati rende NA62 adatto a ricercare processi di fisica oltre il MS. Verranno mostrati due recenti risultati che si collocano in questo ambito: la prima analisi è dedicata all’osservazione dei decadimenti che violano il numero leptonico $K^+→π^- l^+ l^+ \quad (l=e,μ)$; l’altra invece è volta alla ricerca di un bosone vettoriale invisibile A' (in gergo “fotone oscuro”), che può essere individuato, per via del suo accoppiamento con il fotone del MS, attraverso la catena di decadimenti $K^+\to\pi^+ \pi^0$, $\pi^0→\gamma A'$.

Speaker: Michele Corvino (NA)

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16 Il contributo adronico al momento magnetico anomalo del muone: simulazioni di QCD+QED su reticolo

Il momento magnetico anomalo del muone $a_\mu$ è una delle quantità più accurate in Fisica delle Particelle. L'attuale discrepanza di circa 3.7 deviazioni standard tra il valore sperimentale e la predizione del Modello Standard potrebbe rappresentare un interessante indizio di Nuova Fisica. Gli esperimenti al Fermilab (E989) e a J-PARC (E34) aspirano a ridurre in modo significativo l'incertezza sperimentale, rendendo così l'incertezza teorica dovuta alle correzioni adroniche il principale limite di questa stringente verifica del Modello Standard.
In questo breve intervento presenteremo un calcolo da principi primi su reticolo del contributo adronico di polarizzazione del vuoto (HVP) ad $a_\mu$, includendo le correzioni elettromagnetiche di violazione della simmetria di isospin. La nostra determinazione, $a_\mu^{\rm HVP} = 682~(19) \cdot 10^{-10}$, risulta essere in accordo con recenti determinazioni teoriche basate sulle analisi dispersive del processo di annichilazione $e^+e^- \to adroni$.

Speaker: Davide Giusti (Università degli Studi Roma Tre and INFN Sezione di Roma Tre)

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17 Fermilab Muon g-2 Experiment: Current Status

The anomalous magnetic dipole moment of the muon can be both measured and computed to very high precision, making it a powerful probe to test the standard model and search for new physics such as SUSY. The previous measurement by the Brookhaven E821 experiment found a ~3 standard deviation discrepancy from the predicted value. The new g-2 experiment at Fermilab will improve the precision by a factor of four through a factor of twenty increase in statistics and a reduced systematic uncertainties with an upgraded apparatus. A central component to reach this fourfold improvement in accuracy is the high-precision laser calibration system, which is designed to monitor the gain fluctuations of the calorimeters (photo-detectors) at 0.04% accuracy during the time muons are revolving inside the storage ring (700 μsec). Over longer data collection periods the goal is to keep systematics contributions due to gain fluctuations at the sub-percent level. The experiment will also carry out an improved measurement of the muon electric dipole moment. BNL statistics has already been crossed in Run-1 (JUL. 2017 - OCT. 2018). The laser calibration pulses are also used (prior to data taking), to simulate physics events and to test the calorimeters. We report here the current status of the experiment, and specifically the laser calibration system, and some results with real data.

Speaker: Atanu Nath (NA)

NATH_ATANU_G_MENO_DUE_IFAE.pdf

16:20 Pausa caffè

Nuove Tecnologie

18 Studio della produzione di un fascio di muoni a bassa emittanza per il progetto LEMMA

La possibilità di realizzare un collisore $\mu^+\mu^-$ è di grande interesse per la comunità sperimentale. In questo ambito il progetto LEMMA (Low EMittance Muon Accelerator) studia la possibilità di produrre fasci di muoni di bassa emittanza ed alta luminosità per collisioni di fasci $\mu^+\mu^-$ ad energie nel range del Multi-TeV. Tali fasci verrebbero prodotti per annichilazione di un fascio di positroni di circa 45 GeV incidente sugli elettroni atomici di un bersaglio, secondo il processo $e^+ e^- → \mu^+ \mu^-$. Un collider basato su un concetto del tutto innovativo come LEMMA pone importanti pone sfide scientifiche e tecnologiche, che hanno suscitato grande interesse nella comunità internazionale. L’ottimizzazione dello schema di LEMMA prevede un confronto tra diverse configurazioni, al fine di determinare quella che prevede il miglior fascio di muoni, in termini di emittanza e di efficienza nella produzione di muoni.

Presenterò lo stato dello studio di fattibilità di LEMMA illustrando alcuni degli studi di ottimizzazione in corso, confrontando diverse configurazioni possibili. Illustrerò la dinamica dei fasci di muoni prodotti da diversi tipi di bersagli e per diversi configurazioni di fascio di positroni incidenti, mostrandone la loro evoluzione lungo l’intera linea di produzione, dalla loro generazione fino all’ingresso degli anelli di accumulazione. Descriverò il codice Monte Carlo MUFASA che ho sviluppato a questo scopo, e che ho interfacciato coi i codici di simulazione di ottica MAD-X e di particle tracking PTC. Discuterò anche il benchmark di MUFASA con GEANT4.

Speaker: Andrea Ciarma (LNF)

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19 Fasci monitorati per la determinazione ad alta precisione del flusso di neutrini : il progetto ENUBET

The knowledge of initial flux, energy and flavor of current neutrino beams is currently the main limitation for a precise measurement of neutrino cross sections. The ENUBET ERC project (2016-2021) is studying a facility based on a narrow band neutrino beam capable of constraining the neutrino fluxes normalization through the monitoring of the associated charged leptons in an instrumented decay tunnel. In particular, the identification of large-angle positrons from $K_{e3}$ decays at single particle level can potentially reduce the $\nu_e$ flux uncertainty at the level of 1%. This setup would allow for an unprecedented measurement of the $\nu_e$ cross section at the GeV scale. Such an experimental input would be highly beneficial to reduce the budget of systematic uncertainties in the next long baseline oscillation projects (i.e HyperK-DUNE). Furthermore, in narrow-band beams, the transverse position of the neutrino interaction at the detector can be exploited to determine a priori with significant precision the neutrino energy spectrum without relying on the final state reconstruction.

This contribution will present the advances in the design and simulation of the hadronic beam line. Special emphasis will be given to a static focusing system of secondary mesons validated in 2018 that, unlike the other studied horn-based solution, can be coupled to a slow extraction proton scheme. The consequent reduction of particle rates and pile-up effects makes the determination of the $\nu_\mu$ flux through a direct monitoring of muons after the hadron dump viable, and paves the way to a time-tagged neutrino beam. Time-coincidences among the lepton at the source and the neutrino at the detector would enable an unprecedented purity and the possibility to reconstruct the neutrino kinematics at source on an event by event basis. We will also present the performance of positron tagger prototypes tested at CERN beamlines in 2017-2018, a full simulation of the positron reconstruction chain and the expected physics reach of ENUBET.

References:
F. Acerbi et al., Irradiation and performance of RGB-HD Silicon Photomultipliers for calorimetric applications, JINST 14 (2019) P02029.
F. Acerbi et al., A high precision neutrino beam for a new generation of short baseline experiments, arXiv:1901.04768.
F. Acerbi et al., The ENUBET project, CERN-SPSC-2018 / SPSC-I-248, 31/10/2018.
M. Pozzato et al., Status of the ENUBET project, J.Phys.Conf.Ser. 1056 (2018) no.1, 012047.
F. Pupilli et al., ENUBET: High Precision Neutrino Flux Measurements in Conventional Neutrino Beams, PoS NuFact2017 (2018) 087.
G. Ballerini et al, Testbeam performance of a shashlik calorimeter with fine-grained longitudinal segmentation, JINST 13 (2018) P01028.
A. Berra et al., Shashlik Calorimeters With Embedded SiPMs for Longitudinal Segmentation, IEEE Trans. Nucl. Sci. 64 (2017) no.4, 1056-1061.
A. Longhin et al., High precision measurements of neutrino fluxes with ENUBET, PoS NEUTEL2017 (2018) 050.
A. Berra et al., Longitudinally segmented shashlik calorimeters with SiPM readout, Nucl. Instrum. Meth. A845 (2017) 511-514.
F. Terranova et al., The ENUBET project: high precision neutrino flux measurements in conventional neutrino beams, PoS (EPS-HEP2017) 138.
A. Berra et al. Enabling precise measurements of flux in accelerator neutrino beams: the ENUBET project CERN-SPSC-2016-036 / SPSC-EOI-014, 05/10/2016.
A. Meregaglia et al., ENUBET: Enhanced NeUtrino BEams from kaon Tagging, JINST 11 (2016) no.12, C12040.

Speaker: Claudia Brizzolari (MIB)

cBrizzolari_IFAE2019v3.pdf

20 Produzione di fasci di neutroni veloci per studi di radiation hardness

La radiazione neutronica è una delle principali cause del danneggiamento di dispositivi elettronici in ambienti in cui il flusso di neutroni è significativamente elevato, come ad esempio gli acceleratori di particelle per la fisica delle alte energie. Lo studio del danno da neutroni viene generalmente effettuato irraggiando i dispositivi elettronici con fasci di protoni (e applicando opportuni fattori di correzioni) ovvero con fasci di neutroni di fluenza fino a 10^{13}-10^{14} cm^{-2} (studi di dispacement damage) o di flusso fino a 10^{5}-10^{6} cm^{-2}s^{-1} (studi di single event effects). Le facilities per la produzione di neutroni veloci (energie dell’ordine del MeV) attualmente disponibili per questi scopi forniscono perlopiù fasci di neutroni con spettro continuo. Dal punto di vista della comprensione dei meccanismi fondamentali del danno da radiazione risulta vantaggioso disporre di fasci mono- o quasi-mono-energetici ben caratterizzati. In questo lavoro vengono discussi i risultati relativi alla produzione di neutroni presso l’acceleratore tandem dei Laboratori Nazionali del Sud (LNS) e il ciclotrone medicale dell’Università di Berna. Per entrambi gli esperimenti sono stati utilizzati fasci di protoni di opportuna energia ed intensità su bersagli di vari elementi tra cui il litio. La resa di neutroni misurata è di 10^{4} n/nA/s.

Speaker: Dr Pierluigi Casolaro (INFN - Sezione di Napoli)

Casolaro_IFAE2019.pptx

21 Procedure di test e caratterizzazione di fotomoltiplicatori al silicio per applicazioni fotometriche in ambito astrofisico

I fotomoltiplicatori al silicio (SiPM) costituiscono una nuova generazione di sensori a stato solido che negli ultimi anni stanno sostituendo la consolidata tecnologia dei tubi fotomoltiplicatori in svariati utilizzi. Sono molto richiesti in esperimenti attuati a bassissime intensità luminose (nell’ordine di rivelazioni al singolo fotone) ed inoltre dove un’alta precisione temporale (nell’ordine del ns) e un ridotto ingombro geometrico risultano fondamentali.
La Fondazione Bruno Kessler (FBK) ha sviluppato la categoria dei sensori Near UltraViolet High Density Low Cross-Talk (NUV-HD Low-CT) ottimizzati per la rivelazione di fotoni ultravioletti e per avere una incisiva minimizzazione del crosstalk ottico tra celle adiacenti. Questi sensori risultano particolarmente adatti per equipaggiare le camere di telescopi Imaging Air Cherenkov Telescopes (IACTs) come previsto per l’osservatorio CTA. Moduli ottici composti da 16 SiPM da 6x6mm2 sono stati assemblati nei laboratori di INFN per essere integrati nel piano focale del prototipo di telescopio di media dimensione con ottica a doppio specchio Schwarzschild-Couder (SCT).
In questo contributo verranno descritte le procedure di test per verificare le prestazioni di tali dispositivi da 6x6m2. Saranno inoltre presentate le procedure di assemblaggio sviluppate per integrare i sensori sui moduli di rivelazione ed equipaggiare la camera del piano focale del prototipo di telescopio SCT (attualmente operativo e in fase di commissioning al Fred Lawrence Whipple Observatory, in Arizona).

Speaker: Mr Tosti Luca (INFN Perugia, per il gruppo CTA-SCT)

Luca_Tosti_IFAE_NAPOLI_2019.pdf

22 Rivelatori a induttanza cinetica per neutrini e materia oscura

I Kinetic Inductance Detector (KID) sono rivelatori di particelle superconduttori caratterizzati da un’eccellente risoluzione energetica, dalla facilità di fabbricazione e dalla semplicità nel multiplexing.
Nati come rivelatori di fotoni in campo astrofisico, i KID sono oggi diventati oggetto di R&D in altri campi della fisica. Il progetto CALDER sviluppa rivelatori di luce basati sui KID con area attiva di alcuni cm^2 e risoluzione energetica di 20 eV RMS per la discriminazione del fondo nella ricerca del decadimento doppio beta senza emissione di neutrini. Sfruttando la tecnologia sviluppata in CALDER, il progetto BULLKID si pone l’obiettivo di realizzare un rivelatore di massa circa 30 g per rinculi nucleari indotti da materia oscura o da scattering coerente di neutrini.

Speaker: Chiara Bellenghi

Bellenghi_IFAE2019.pdf

23 $\mu$-RWELL layout per alti flussi

La micro-Resistive-WELL ($\mu$-RWELL) è un Micro-Pattern Gaseous Detector (MPGD) compatto, semplice e robusto, sviluppato per applicazioni su grandi superfici nel campo della fisica delle alte energie. Riassume in sé le soluzioni ed i progressi ottenuti negli ultimi anni nel campo degli MPGD. L'R&D sulla $\mu$-RWELL si pone come obiettivo il migliorare la stabilità sotto alti flussi e nel contempo semplificare il procedimento costruttivo con lo scopo di facilitare il trasferimento tecnologico, un punto fondamentale sia per applicazioni su larga scala negli acceleratori futuri che al di fuori dalla fisica delle alte energie.
Il detector è composto da due elementi: il catodo, un semplice elettrodo mono-ramato, e l'anodo, in cui sono integrati lo stadio di amplificazione ed il readout. Lo stadio di amplificazione, simile a quello di una GEM, è realizzato con una struttura in polyimide a fori ciechi di dimensioni micrometriche, interfacciato con il readout tramite un sottile strato resistivo di Diamond Like Carbon (DLC). L'utilizzo del DLC mitiga la transizione tra streamer e scarica permettendo il raggiungimento di elevati guadagni ($>10^4$) ma riducendo la rate capability.
Sono stati studiati differenti layout: il più semplice si basa su di un singolo strato resistivo, messo a massa lungo il suo perimetro, pensato per applicazioni a basso flusso (O(10 kHz/cm$^2$)). Modelli con geometrie di massa più complesse pensati per applicazioni ad alto flusso possono sopportare fino ad una decina di MHz/cm$^2$ di flusso. Questi ultimi, pensati per rispettare i requisiti dell'upgrade di fase 2 del muon system di LHCb, sono anche stati proposti come muon detector ad FCC-ee in Europa e CepC in Cina.
La presenza di uno strato resistivo influenza anche la dispersione spaziale della carica sul readout e di conseguenza la risoluzione spaziale. Lo studio per tracce ortogonali è stato fatto sfruttando il metodo del centroide di carica (CC), valutandone la dipendenza per diverse resistività del DLC. Per tracce non ortogonali la ricostruzione in CC è stata confrontata con l'algoritmo di $\mu$TPC, già usato con successo nelle Micromegas, che tiene conto dei tempi di arrivo e della carica dei segnali sulle singole strip per una ricostruzione bidimensionale della traccia nella gap di deriva. Il $\mu$TPC permette di ricostruire con precisione tracce con un angolo di incidenza fino a 45$^\circ$, cosa che il CC non permette.

Speaker: Matteo Giovannetti (LNF - INFN)

2019-04-08_IFAE_Giovannetti_urwell_high_rate.pdf

Poster

24 Combinazione di ricerche doppio-Higgs in collisioni protone-protone a 13 TeV con l’esperimento CMS

Il risultato di una combinazioni di ricerche di doppio-Higgs viene presentato per quattro distinti stati finali: bb gamma gamma, bb tautau, bb bb e bb VV, dove V e’ un bosone W o Z. Le ricerche si basano sui dati registrati nel 2016 dall’esperimento CMS in collisioni protone-protone a 13 TeV, e corrispondenti ad una luminosità integrata di 35.9/fb. I risultati delle ricerche sono interpretati sia nel contesto di produzione non-risonante che in quello di produzione di una risonanza stretta con massa nel range 250-3000 GeV, e che decade in una coppia di bosoni di Higgs. In entrambi gli scenari, nessuna evidenza di segnale e' evincibile dai dati analizzati, e, di conseguenza, vengono posti limiti sulla sezione d’urto di produzione doppio-Higgs.

Speaker: Maria Rosaria Di Domenico (P)

25 Test di universalità leptonica nei decadimenti semileptonici in corrente carica a LHCb

Italiano

Nel Modello Standard delle Particelle Elementari i bosoni di gauge interagiscono con i leptoni carichi attraverso accoppiamenti che sono indipendenti dal sapore del leptone. Questa proprietà, che origina da una simmetria accidentale nel modello, rotta minimalmente soltanto dagli accoppiamenti di Yukawa, viene chiamata Universalità Leptonica. Eventuale Nuova Fisica potrebbe accoppiarsi in modo differente alle tre famiglie leptoniche e qualunque osservazione di una violazione di universalità leptonica può essere una chiara manifestazione di nuovi stati che interagiscono con gli stati del Modello Standard.
Molti modelli prevedono accoppiamenti favoriti verso la seconda e la terza famiglia leptonica, dunque decadimenti semileptonici in corrente carica del tipo $b\to c \mu \nu$ e $b\to c \tau \nu$ rappresentano un interessante laboratorio per effettuare test di universalità leptonica.

La combinazione delle misure di universalità leptonica ad oggi pubblicate dagli esperimenti LHCb, Belle e Babar mostrano una interessante deviazione dalle previsioni del Modello Standard, di $3.8~\sigma$, nelle osservabili $\mathcal{R}(D)$ e $\mathcal{R}(D^{\ast})$.

L'esperimento LHCb ha contribuito a questa combinazione con misure che sfruttano sia il decadimento del leptone $\tau$ in un leptone $\mu$ che in adroni. In questa presentazione farò una panoramica delle misure sperimentali effettuate dall'esperimento LHCb nelle transizioni $b \to c l \nu$ con mesoni $D^{(\ast)}$ e $J/\Psi$ nello stato finale.
Tratterò, inoltre, delle tecniche sperimentali comuni adottate dalle varie analisi e darò una breve descrizione delle prossime misure previste dall'esperimento LHCb, discutendo anche di transizioni semileptoniche in corrente carica di barioni beauty.

Inglese

In the Standard Model of Particle Physics the coupling of the electroweak gauge bosons to charged leptons is independent from the lepton flavour. This property, that arises from an accidental simmetry in the model, minimally broken only by the Yukawa interactions, is called Lepton Flavour Universality. New physics can couple differently to different lepton families and any observation of Lepton Flavour Universality violation can be a striking sign of the presence of new states that couple to the Standard Model particles.

Many models foresee an enhanced coupling to the second and third lepton family, therefore semileptonic charged current decays of the type $b\to c\tau \nu$ and $b\to c\mu \nu$ can represent an ideal test bench of the lepton flavour universality hypothesis.

The combination of the currently available measurements of lepton flavour universality measurements show an interesting discrepancy, at the level of 3.8~$\sigma$, with the Standard Model predictions in the $\mathcal{R}(D)$ and $\mathcal{R}(D^\ast)$ observables.

The LHCb experiment contributed to this combination with measurments that exploit both the leptonic and hadronic decay of the $\tau$ lepton. In this talk I will give an experimental overview of the latest LHCb results in measurement of $b\to c l\nu$ decays with $D^{(\ast)}$ and $J/\Psi$ mesons in the final state. I will also give an overview of the common procedures adopted by the different analyses and I will give a brief description of the future measurements foreseen by the LHCb experiment, including some discussion about semitauonic charged current decays of beauty baryons.

Speaker: Simone Meloni (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

Poster_Meloni_IFAE_2019.pdf

26 I rivelatori al silicio ultraveloci per l’upgrade di CMS

Il rivelatore del tempo di passaggio per particelle MIP a CMS, proposto per l'aggiornamento di CMS ad HL-LHC, sarà dotato di circa 15 metri quadrati di rivelatori al silicio ultraveloci (UFSD) nella regione di rapidità tra 1.5 e 3. I rivelatori UFSD hanno lo scopo di misurare il tempo di passaggio di ogni traccia con una precisione di circa 30 ps. In questa presentazione, i progressi verso lo sviluppo di questo rivelatore ad ampia area vengono presentati, evidenziando lo stato corrente e il percorso di ricerca e sviluppo verso il design del sensore finale.

Speaker: Dr Marta Tornago

IFAE_TornagoMarta.pdf

27 Studi di ottimizzazione dello strato resistivo di protezione dalle scariche in rivelatori Small-Pad MICROMEGAS

Motivated mainly by future detector upgrades at HL-LHC and at future colliders, most of the HEP R&D collaborations have been focusing on the design of new prototypes of particle detectors for operation under very high particle flow. In the field of Micro-Pattern-Gaseous-Detectors, the Small-pad resistive MICROMEGAS prototypes were designed to overcome the actual limitations of more standard strip resistive MICROMEGAS. Indeed, in these new prototypes, small pads with a few mm^{2} area replace the readout strips to reduce the occupancy, and the spark protection resistive layer has been redesigned and optimized with different techniques to permit a safe behaviour of the detector, without efficiency loss, at rates of the order of tenth MHz cm^{-2} over large surfaces.
The firstly-developed design exploits a pad-patterned embedded resistor layout by screen-printing while the most recent technique involves uniform sputtered DLC (Diamond Like Carbon structure) layers, where the current evacuates through vias to ground. Comparative studies have been conducted on the performances of the detectors with two resistive layouts, and between two (DLC) prototypes with different vias pitches and DLC resistivities. The preliminary results of the tests done with high-rate X-rays and with high energy charged particle beams will be presented.

Speaker: Maria Teresa Camerlingo (Università e sezione INFN Roma Tre )

28 See-saw di tipo III: il modello e vincoli aggiornati

I Modelli See-saw di tipo III sono estensioni del Modello Standard con tripletti fermionici, con lo scopo di generare masse per i neutrini.
I casi inversi minimali, che possono spiegare la piccolezza delle masse dei neutrini anche avendo tripletti relativamente leggeri e costanti di accoppiamento
relativamente grandi, consistono nell'aggiunta di 2 o 3 tripletti fermionici.
In questo talk passeremo in rassegna gli aspetti fondamentali di questi modelli e mostreremo i vincoli (preliminari) aggiornati sulla validità sia del caso generale,
sia dei casi inversi minimali.

Speaker: Mr Manuele Filaci (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

29 Ricerca di fotoni oscuri in decadimenti con lepton-jet con l’esperimento ATLAS a LHC

Diverse estensioni del Modello Standard prevedono l’esistenza di particelle neutre a lunga vita media con decadimenti in leptoni e adroni leggeri con struttura a getti (lepton-jet). Queste particelle, decadendo oltre la regione d’interazione, producono nei rivelatori a LHC delle segnature sorprendenti. Caratteristiche non convenzionali sono dunque sfruttate per la rivelazione: lunghi tempi di volo, depositi anomali di energia nei calorimetri e vertici di produzione secondari. Lo stato attuale ed i possibili sviluppi futuri delle ricerche di queste particelle sono qui presentati.

Speaker: Iacopo Longarini (ROMA1)

Iacopo_Longarini_poster_IFAE.pdf

30 Ricerche di higgsini supersimmetrici con il rivelatore ATLAS

In questo lavoro vengono presentate diverse ricerche per il compagno supersimmetrico del bosone di Higgs e dei bosoni di gauge (chargini e neutralini), usando i dati ottenuti dall’esperimento ATLAS durante il Run 2 di LHC. Considerazioni sulla naturalezza del bosone di Higgs suggeriscono che i due stati più leggeri dei neutralini possano essere una sovrapposizione dei compagni dell’Higgs, e che possano avere una massa simili a questo.
Avendo questo scenario come riferimento, vengono presentate diverse analisi che cercano produzione di higgsini in diversi stati finali e con diverse ipotesi sul modello (MSSM, GMSB). Tutti gli stati finali considerati presentano particolari sfide in termini di capacità di rivelare il segnale rispetto al fondo, sia in termini di ricostruzione degli oggetti considerati (disappearing track, 2 leptoni a basso momento trasverso), sia in termini di identificazione di eventi di segnale (4 leptoni, 4 b getti). I risultati sono mostrati per luminosita’ integrate tra 36 fb$^{-1}$ e 140 fb$^{-1}$ e vengono presentati i limiti posti sui parametri di massa degli higgsini.

Speaker: Lorenzo Rossini (MI)

31 Il rivelatore a Pixel di ATLAS durante il Run-2

I rivelatori a pixel in silicio sono al centro dell’attuale rivelatore ATLAS al Large Hadron Collider (LHC) e del suo futuro upgrade. Durante il Run 2 di LHC il Pixel Detector ha dovuto sostenere numerose sfide per poter mantenere le sue prestazioni di presa dati e qualità costante nel tempo a dispetto delle condizioni sempre più estreme di luminosità istantanea (dove sono stati superati i $2 \times 10^{34}$ cm$^{-2}$ s$^{-1}$), pile-up (fino a $<\mu>$ =70) e danni da radiazione ($8.7 \times 10^{14}$ neq/cm$^{2}$).
Nella presentazione sara' mostrato come i parametri operativi del rivelatore siano stati modificati durante le operazioni di Run-2 per mantenere l’occupancy ad un livello compatibile con l’acquisizione dati, e l’evoluzione della risoluzione del rivelatore nel tempo. Inoltre verrà presentata la misura degli effetti del danno da radiazioni sulle caratteristiche dei sensori, in particolare in termini di corrente di leakage, tensione di svuotamento, efficienza di raccolta di carica nei sensori, ed angolo di Lorentz, e della loro dipendenza dalla luminosità integrata. Predizioni dell’evoluzione di questi parametri sono essenziali per una simulazione accurata del rivelatore nei campioni Monte Carlo, per prevedere le condizioni operative necessarie per mantenere le prestazioni di tracking nel Run-3, e per lo sviluppo di rivelatori per la fase di alta luminosità di LHC. Verrà quindi presentata la modellizzazione degli effetti di danneggiamento da radiazione, il confronto delle previsioni del modello coi dati, e le proiezioni per il futuro.

Speaker: Lorenzo Rossini (MI)

32 Search for exotic particles in multi-leptonic final states with the ATLAS detector

We will present the searches for BSM physics in multi-leptonic finale states using the pp collision data sample collected in the Run2 of the ATLAS experiment corresponding to 80.0 fb$^{-1}$ of integrated luminosity at a centre-of-mass energy of 13 TeV. Searches in this final state allow the rejection of a substantial part of the SM backgrounds, thus providing a good signal sensitivity. These searches are interesting to test the existence of various BSM models, including the production of doubly charged Higgs bosons (H), or the production of heavy neutral or charged leptons which are predicted, for example, by mechanisms like Type-III SeeSaw or LRSM models. The presentation will include BSM searches in events with two same sign leptons, which are affected by a low rate of events from Standard Model background processes.

Speaker: Giuseppe Carratta (BO)

Carratta_Poster_IFAE.pdf

33 Misura della sezione d'urto del processo $\rm pp \to VH(bb)$ all'LHC con il rivelatore ATLAS e prospettive future

Dopo la scoperta ad LHC, misure di precisione delle proprietà fisiche del bosone di Higgs sono prioritarie nel programma di analisi di ATLAS così come lo studio di canali sensibili a nuove particelle oltre il Modello Standard. Tra tutti quelli possibili, il decadimento del bosone di Higgs in coppie di quark b è particolarmente interessante per il suo elevato branching ratio (58%). L'osservazione di questo decadimento è avvenuta solo recentemente, visto il basso rapporto segnale fondo per questo canale. La migliore sensibilità è stata ottenuta studiando la produzione associata del bosone di Higgs con un bosone vettore W o Z che decade in leptoni. Attualmente si stanno sviluppando strategie per includere nell'analisi nuove regioni cinematiche in cui il bosone di Higgs è prodotto con alto impulso trasverso. Queste regioni sono interessanti perché particolarmente sensibili alla presenza di effetti di nuova fisica. In queste regioni cinematiche la coppia b-quark prodotta con alto boost dal decadimento del bosone di Higgs viene ricostruita come un unico jet con grande raggio. Dopo una discussione dei risultati più recenti sulla misura della sezione d'urto del processo $\rm pp\to VH(bb)$ saranno presentate le nuove strategie per includere nell'analisi regioni cinematiche sensibili a effetti di nuova fisica.

Speaker: Giulia Di Gregorio (PI)

34 Ricostruzione e identificazione di muoni con alto impulso trasverso in collisioni protone-protone a $\sqrt s$ = 13 TeV con l’esperimento ATLAS a LHC.

La capacità di ricostruire tracce quasi dritte con una buona risoluzione in impulso trasverso è strettamente legata ad una buona conoscenza dell’allineamento dei tracciatori di ATLAS e delle relative incertezze.
Inoltre, una selezione ottimale di candidati muoni, con un impulso trasverso (p$_T$) della scala del TeV, è un fattore critico nel determinare la sensibilità alla ricerca di nuove risonanze di massa elevata, come le ricerche di Z’$\to$ μμ e W’$\to \mu \nu$.
Verrà fornita una panoramica del metodo di ricostruzione di muoni utilizzato per tenere conto delle differenze di posizione e orientamento dei vari elementi del rivelatore, tra la geometria assunta nella ricostruzione e il rivelatore reale.
Saranno inoltre descritti i criteri che definiscono l’identificazione di muoni di alto p$_T$ per tutti i dati raccolti durante il Run-2 di ATLAS, e saranno illustrate le ulteriori innovazioni introdotte di recente.
Verranno infine discusse le performance di ricostruzione e identificazione di muoni di alto p$_T$, basate su misure eseguite su campioni simulati e su dati corrispondenti ad una luminosità integrata di circa 140 fb$^{-1}$.

Speaker: Damiano Vannicola (ROMA1)

IFAEPoster.pdf

35 Combination of searches for the production of $t\bar{t}t\bar{t}$ in the single lepton, opposite sign and same signs dileptons channels in $pp$ collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV with the ATLAS detector.

The combination of three analysis searching for the production of $t\bar{t}t\bar{t}$ with the ATLAS detector is presented. It is based on proton-proton collisions data with center of mass energy $\sqrt{s}$ = 13 TeV collected at the Large Hadron Collider (LHC) during the years 2015 and 2016, corresponding to an integrated luminosity of 36.1 fb$^{-1}$. The considered final states are events with multiple jets, $b$-jets, and either one lepton, dileptons with opposite electric charge, dileptons with same electric charge or three leptons. Constraints are set on Standard Model production and an effective field theory inducing four fermions contact interaction.

Speaker: Mohammed Faraj (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

MohammeFaraj_IFAE2019_Reviewed_ATLAS_Final.pdf

36 Search for electroweak production of charginos and sleptons decaying to final states with two leptons and missing transverse momentum at Run II with the ATLAS detector

SUperSYmmetry (SUSY) is one of the most promising extensions of the Standard Model. Recent results from a search for the electroweak production of charginos and sleptons decaying into final states with two leptons (electrons and/or muons) are presented. They have been obtained on 139 fb$^{-1}$ proton-proton collisions recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at $\sqrt s$ = 13 TeV. Three scenarios, based on simplified models, are considered: the production of lightest chargino pairs, followed by their decays into final states with leptons and the lightest neutralino via either sleptons or W bosons; direct production of slepton pairs, where each slepton decays directly into the lightest neutralino and a lepton. No significant deviations from the Standard Model expectations are observed and stringent limits at 95$\%$ confidence level are set on the masses of relevant supersymmetric particles in each of these scenarios.

Speaker: Francesco Giuseppe Gravili (LE)

ifae_gravili_final.pdf

37 Search for Chargino Neutralino production in final states with a W boson and and Higgs boson.

Supersymmetry (SUSY) is an extension of the Standard Model (SM), and its searches are a central part of ATLAS physics program. We report the most recent results in searches of the chargino and neutralino production where the chargino decays in a W boson and the lightest SUSY particle, while the neutralino decays in the lightest SUSY particle and a SM Higgs boson. The search was based on the analysis of 36.1 fb$^-1$ of data, collected at pp collision at $\sqrt{s}$ = 13 TeV, and recorded by the ATLAS experiment. Fully hadronic, semileptonic, diphoton, and multilepton (electrons, muons) final states with missing transverse momentum are considered in this search. Higgs bosons in the final state are identified by either two jets originating from bottom quarks ($\rm h\to b \bar{b}$), two photons ($\rm h\to \gamma \gamma$), or leptons from the decay modes $\rm h\to WW$, $\rm h\to ZZ$ or $\rm h\to \tau \tau$. As no SUSY signal was observed, we will report the confidence level limits in the context of simplified SUSY models.

Speaker: Kazuki Todome (Universita e INFN, Bologna)

38 Real-Time selection using flavor-tagging algorithms in ATLAS

The ATLAS experiment developed a two-layered trigger system that allows a selection of events that are thought to be of interest, while achieving a high overall rejection against less interesting processes. In particular, the b-jet triggers can exploit flavor-tagging algorithms in order to identify whether a jet is likely to have been produced by heavy-flavor quarks (b- and c-jets) or by light jets (jets from u-, d-, s- and gluon jets). Physics analyses that include processes with large jet multiplicity and b-quarks in the final state, such as Higgs to bottom pairs measurements and SUSY searches, rely on such a capability. An overview of the b-jet triggers with a description of the application and performance of the Multivariate b-tagging algorithms in Run-2 will be presented. Also, the improvements foreseen for Run-3, which also include the use of the Fast Tracker (FTK) system, will be described.

Speaker: Carlo Varni (GE)

39 Constraining the Higgs boson self-coupling with single-Higgs and double-Higgs production measurements

After the discovery of the Higgs boson, one of the main target of particle physics is the measurement of the Higgs boson couplings to fermions and vector bosons. Furthermore, it is of great interest to measure the strength of the interaction of the Higgs boson with itself. In fact, through the Higgs field potential energy term, the Higgs boson can interact with itself at tree level. The coupling of this interaction is known as the Higgs boson self-coupling.
The self-coupling is very loosely constrained by EWK precision measurements therefore new physics effects could induce large deviations from its SM expectation.
The self-coupling can be measured directly using the Higgs boson pair production cross section, or indirectly through the measurement of the single-Higgs boson production and decays.
In this talk, first measurements of the Higgs boson self-coupling using single-Higgs production data and double Higgs production cross section measurements using the final states $\rm 4b$, $\rm b\bar{b}\tau^+\tau^-$ and $\rm b\bar{b} \gamma \gamma$ will be presented.
The results are obtained using ATLAS data corresponding to a luminosity of up to
80 fb$^-1$.

Speaker: Eleonora Rossi (ROMA3)

Eleonora_Rossi_IFAE2019.pdf

40 Search for boosted $\rm H \to b\bar{b}$ decays in association with a jet using pp collision collected by the ATLAS detector

$\rm b\bar{b}$-pairs are the largest decay mode of a 125 GeV SM Higgs boson, with a branching fraction of 58%. As a consequence, studying $\rm H \to b\bar{b}$ has great importance to constrain the total Higgs boson decay width. In order to suppress overwhelming irreducible background from QCD multijet production of b quarks, $\rm H \to b\bar{b}$ decays are searched for at hadron colliders in events in which the production of the Higgs boson is associated with a heavy boson (W or Z) decaying leptonically. Nonetheless, it has been proposed to use events where the Higgs boson is produced in association with a high-$\rm p_{T}$ jet, achieving high sensitivity for highly boosted b-tagged jets from the Higgs decay. In this presentation the latest ATLAS results will be shown about the search for 13 TeV events with $\rm H \to b\bar{b}$ decays associated with a high-$\rm p_{T}$ jet.

Speaker: Francesco Maria Follega (Università di Trento)

41 Performance studies of the ATLAS New Small Wheel MicromeMegas chambers at the CERN Gamma Ray Irradiation Facility

The ATLAS Experiment main upgrade during the Phase-I long shutdown is the replacement of the present innermost stations of the forward muon spectrometer, the Small Wheel, with a completely new station called New Small Wheel (NSW). The precision measurements of forward muon tracks with the New Small Wheel are performed with MicroMegas MPGD detectors consisting of a planar (drift) electrode, a ≃ 5 mm thick gas gap, acting as conversion and drift region, and a thin metallic mesh at 128 μm distance from the readout electrode, creating the amplification region.
The first production chambers have been recently tested at the CERN Gamma Ray Irradiation Facility (GIF++) to study the detector performances in terms of current linearity, voltage stability and spike rate up to fluxes comparable to the ones expected during the LHC High-Luminosity operation. Results from the Gamma Ray Irradiation Facility, as well as a complete picture of the chambers integration phase at CERN, will be presented.

Speaker: Lorenzo Pezzotti (PV)

Atlas_MM_GIF_Pezzotti_4.pdf

42 Misura di sezione d’urto di produzione del bosone di Higgs nel canale $\rm H \to \tau \tau$ con l’esperimento ATLAS a LHC

Il decadimento dell’Higgs in coppie di leptoni tau risulta di rilevante importanza perché permette di studiare l'accoppiamento di Yukawa dei fermioni e di misurare le proprietà dell’Higgs.
In questo lavoro viene illustrata la più recente misura del prodotto sezione d’urto per frazione di decadimento del processo $\rm H\to \tau \tau$, utilizzando le collisioni protone-protone raccolte da ATLAS durante gli anni 2015 e 2016, che corrispondono ad una luminosità integrata di 36.1 fb^{-1}. Per questo decadimento era già stata raggiunta l’evidenza nel Run-1 ma la maggiore statistica ha permesso di effettuare una misura più accurata e con più alta significanza, riuscendo inoltre a misurare separatamente la sezione d’urto per produzione tramite Vector Boson Fusion e per produzione tramite Gluon Fusion. Infine viene presentata la misura combinata con i dati del Run-1 che ha portato alla prima osservazione di $\rm H\to \tau \tau$ nell’esperimento ATLAS.

Speaker: Alessia Murrone (MI)

IFAE2019_murrone_final.pdf

43 The ATLAS New Small Wheel project: SM1 drift panels assembly and finalisation

The innermost wheels of the ATLAS muon endcap spectrometer will be replaced next year by a new wheels. The technologies adopted to preserve, at high luminosity LHC, the high momentum resolution performance of the present wheels and to include them in the trigger logic are the Micromegas and sTGC detectors. The first one will contribute mainly to give information about the direction of the muons, while the second to the trigger system. There are four different types of modules to be built and validate before integration and final commissioning. The Italian-INFN consortium has the responsibility to built and test the micromegas modules of the innermost small sectors (SM1). Here the SM1 drift panels construction, finalization and the results of the QA/QC tests are presented.

Speaker: Gian Domenico Carducci

44 Mini-EUSO telescope on board the International Space Station for terrestrial and cosmic UV emission observation

The Mini-EUSO telescope is designed to observe UV (300 - 400 nm) Earth emission from a nadir-facing window in the Russian Zvezda module inside the International Space Station on the second half of 2019. As a pathfinder mission for Ultra High Energy Cosmic Rays detection from space, it will map the UV Earth’s emission with a spatial-temporal resolution of 6.11 km every 2.5μs, offering also the opportunity to study a variety of atmospheric events such as Transient Luminous Events (TLEs), meteoroids, bioluminescence as well as searching for strange quark matter. Furthermore, Mini-EUSO could represent the first step in a roadmap of potential orbital debris removal via laser ablation. The instrument comprises a compact telescope with a large field of view (±22°), based on an optical system employing two Fresnel lenses. The light is focused onto an array of 36 Hamamatsu multi-anode photomultiplier tubes and the resulting signal is converted into digital, processed and stored via the electronics subsystems on-board. In addition, Mini-EUSO contains two ancillary cameras for complementary measurements in the near infrared (1500 - 1600 nm) and visible (400 - 780 nm) range and a 8x8 array of SiPM. The integration and the characterization of the instrument, currently underway at the University of Roma Tor Vergata, is at an advanced stage and results will be presented.

First Author: Giorgio Cambiè
on behalf of the JEM-EUSO Collaboration

Type of Contribution: Talk for “Cosmologia e Astroparticelle”

Speaker: Mr Giorgio Cambiè (INFN and University of Roma Tor Vergata, Physics Department)

45 Spettroscopia adronica esotica ad LHCb

La spettroscopia degli adroni eccitati nel settore del beauty e del charm fornisce importanti informazioni per sondare la stabilità e il potere predittivo di teorie efficaci delle interazioni forti. Oltre agli stati descritti dai convenzionali spettri di eccitazione, grande interesse è riposto nei cosiddetti "stati esotici", in particolare successivamente all'osservazione di diversi candidati a stati di multiquark (tetraquark, pentaquark). Gli ultimi risultati di LHCb nel campo della spettroscopia verranno presentati, con particolare enfasi sugli stati esotici.

Speaker: Lorenzo Capriotti (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

46 Observation of CP-violation in an amplitude analysis of the $B^+ \rightarrow \pi^+\pi^+\pi^-$ decay

In the Standard Model, CP violation originates from a single irreducible phase in the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix. For the manifestation of CP violation in decay, two separate interfering decay amplitudes are required, with differing CP-violating and CP-conserving phases. Previous analyses of the $B^+ \rightarrow \pi^+\pi^+\pi^-$ decay have hinted at large CP violation in specific regions of the three-body phase space. Here a recent analysis by the LHCb experiment is described, where the decay amplitude is modelled explicitly. Particular attention is paid to the large spin-$0$ component, which is modelled using three separate approaches that exhibit good agreement. Here, the largest CP asymmetry ever for a quasi-two-body decay is observed. Furthermore, unprecedented insight is gained into how CP violation manifests in practice, and, for the first time, is observed in the interference between resonant structures. This confirms the importance of resonance dynamics in the generation of the strong-phase differences required for CP violation in decay, and informs further searches for CP violation in similar decays.

Speaker: Daniel O'Hanlon (INFN Bologna)

47 Search for direct CP violation in $D_{(s)}^+$ decays at LHCb

A search for charge-parity ($CP$) violation in Cabibbo-suppressed $D_s^+\to K_S^0 \pi^+$, $D^+\to K_S^0 K^+$ and $D^+\to \phi \pi^+$ decays is reported using proton-proton collision data, corresponding to an integrated luminosity of 3.8 fb$^{-1}$, collected at a center-of-mass energy of 13 TeV with the LHCb detector. High-yield samples of kinematically and topologically similar Cabibbo-favoured $D_{(s)}^+$ decays are analysed to subtract nuisance asymmetries due to production and detection effects, including those induced by $CP$ violation in the neutral kaon system. The results are the most precise measurements of these quantities to date, and are consistent with $CP$ symmetry.

Speaker: Serena Maccolini (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

48 GINGER

GINGER (Gyroscopes IN General Relativity) is a proposal aiming at measuring the Lense-Thirring effect with an experiment based on Earth. It is an array of ring lasers, which are the most sensitive inertial sensors to measure the rotation rate of the Earth. This experiment is Earth based, it is well known that Lense Thirring measurements are currently done with space experiment, but the earth based one provides the measurement at a certain latitude and the map of the gravity field is unnecessary. The interdisciplinary nature of this experiment is outlined, with particular attention to the dark matter search.

Rotation and angular measurements are of great importance for various fields of science: General Relativity predicts rotation terms originated from the kinetic term, Earth Science studies the Earth's angular velocity and all its variations, the tides and related perturbations, the normal modes of the Earth, the angular perturbations associated to the movement of the plates, the deformations of hydrological nature, without neglecting the rotational signals produced by the earthquakes. A ring laser integral to the Earth's surface is sensitive not only to the angular rotation of the planet, but also to all the global and local rotational signals to which it is subjected. For this reason GINGER is relevant for geophysics.
GINGERINO is a ring laser prototype installed inside the underground laboratory of the Gran Sasso, it has been built in order to validate the laboratory for GINGER. Its typical sensitivity is below 0.1 nrad/s in 1 second measurement. GINGERINO has validated LNGS for GINGER and it is now used for geophysical measurements. It is taking data since May 3 2017, typical data will be shown.

Speaker: Alberto Porzio (NA)

49 Ricerca direzionale di materia oscura con l'esperimento NEWSdm

Le osservazioni cosmologiche indicano che la maggior parte della materia del nostro Universo è costituita da materia oscura. La materia oscura nella forma di particelle massive debolmente interagenti (WIMP) può essere rivelata in maniera diretta attraverso la sua diffusione sui nuclei del bersaglio. Molti esperimenti che conducono ricerche dirette di materia oscura misurano soltanto l'energia del nucleo che subisce il rinculo. Gli esperimenti direzionali sono invece sensibili anche alla direzione del rinculo nucleare. L'esperimento NEWSdm è il primo esperimento con un bersaglio solido a condurre ricerca direzionale di materia oscura: l'uso di emulsioni nucleari sia come bersaglio sia come rivelatore tracciante con risoluzione nanometrica può permettere di estendere la ricerca di materia oscura oltre il limite del neutrino e di fornire una prova schiacciante dell'origine galattica della materia oscura.

Speaker: Andrey Alexandrov (NA)

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50 Caratterizzazione di scintillatori plastici equipaggiati con SiPM per la prossima generazione di satelliti per lo studio della radiazione cosmica

La prossima generazione di satelliti per lo studio della radiazione cosmica prevede l’utilizzo di scintillatori plastici letti medianti fotomoltiplicatori a silicio (Silicon PhotoMultiplier, SiPM) come sistema di anticoincidenza per la rivelazione di raggi gamma, oppure per l’identificazione dei nuclei carichi. Le proposte di satelliti ASTROGAM e AMEGO,  finalizzate allo studio della radiazione gamma nella banda MeV-GeV, prevedono l’utilizzo di un tracciatore a silicio, un calorimetro finemente segmentato a barre di CsI, ed un sistema di anti-coincidenza segmentato in «tile» di scintillatori plastici. In questa applicazione gli scintillatori dovranno assicurare una elevata efficienza di rivelazione per i raggi cosmici carichi, che costituiscono il principale fondo nell’identificazione dei raggi gamma. La configurazione di lettura dei SiPM e la geometria delle tile risulta cruciale per raggiungere tale obiettivo.
Un prototipo di tile equipaggiata con 12 SiPM lungo la superficie laterale è stato caratterizzato in una campagna di test beam condotti al CERN nel 2018 con fasci di elettroni e pioni. I risultati di queste misure verranno illustrati e discussi.
Questi studi sono di interesse anche per la proposta HERD (High Energy Cosmic Radiation Detection), un apparato che verrà installato a bordo della futura stazione spaziale cinese (CSS), per lo studio dei raggi cosmici fino al PeV.

Speaker: Dr Davide Serini (Dipartimento di Fisica "M.Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, Bari, Italy)

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51 Sviluppi e risultati recenti nello studio di modi di decadimento doppio beta con scintillatori solidi e/o spettrometri HP-Ge

Vengono presentati diversi sviluppi, risultati e prospettive circa lo studio di decadimenti doppio beta per mezzo di scintillatori solidi o tramite spettrometri HP-Ge ed impiegando diversi tipi di isotopi e di approcci. Le misure sono state realizzate in sito sotterraneo a LNGS in vari apparati sperimentali della collaborazione DAMA o della facility STELLA; essi sono ottimizzati per lo studio di fenomeni rari. I risultati presentati, di grande interesse in questo campo, raggiungono sensibilità che per alcuni degli isotopi considerati sono tra le
migliori in letteratura.

Speaker: Dr Vincenzo CARACCIOLO (LNGS)

52 Identificazione di antiparticelle nella radiazione cosmica con l'esperimento GAPS

L’esperimento GAPS (General Antiparticle Spectrometer) è un rivelatore su pallone progettato per misurare la componente di antideuterio nei raggi cosmici a bassa energia (< 0.25GeV/n) come segnale di annichilazione o decadimento di materia oscura nell’alone galattico. Il rivelatore è costituito da un tracciatore, formato da dieci piani di silicio drogati al litio, Si(Li), circondato da un sistema di tempo di volo composto di scintillatori plastici. GAPS utilizza un metodo di identificazione per le particelle basato sulla cattura dell’antideuterio e formazione di un atomo esotico eccitato. Questo si diseccita con emissione di raggi-X prima di annichilire producendo pioni e protoni. Questa peculiare topologia di “stella di annichilazione” fornisce un potere di reiezione sufficiente a sopprimere il background di non-antiparticelle nei raggi cosmici. Di seguito presentiamo i risultati preliminari dell’algoritmo di ricostruzione testato su eventi simulati. Il software di simulazione per GAPS utilizza GEANT4 per riprodurre la geometria del rivelatore. Sono state combinate diverse tecniche come filtri Kalman, Hough-3D e minimi quadrati in modo da ricostruire precisamente la topologia della “stella di annichilazione”. Inoltre, si sta investigando anche un approccio basato sul deep learning per migliorare la ricostruzione della posizione del vertice di annichilazione. In questa presentazione verranno discussi questi vari approcci.

Speaker: Marcelli Nadir (INFN, Sezione di Roma "Tor Vergata", Rome, Italy)

53 A fast muon tagger method for Imaging Air Cherenkov Telescopes

The Cherenkov Telescope Array (CTA) will be the next major observatory for Very High Energy (VHE) gamma-ray astronomy. Its optical throughput calibration relies on muon Cherenkov rings. This work is aimed at developing a fast and efficient muon tagger at the camera level for the CTA telescopes. A novel technique to tag muons using the capabilities of silicon photomultiplier Compact High-Energy Camera CHEC-S, one of the design options for the camera of the small size telescopes (SSTs),has been developed, studying and comparing different algorithms such as circle fitting, machine learning and simple pixel counting.Their performance in terms of efficiency and computation speed was investigated using simulations with varying levels of night sky background light. The application of the best performing method to the large size telescope (LST) camera has been also studied, with the goal of improving the speed of the muon preselection.

Speaker: Roberta Pillera (BA)

PosterIfae2019.pdf

54 Prospettive per la ricerca di Anti-Deuterio nei raggi cosmici con ADHD

L’osservazione di nuclei di antideuterio a bassa energia (sotto il GeV/n) nei raggi cosmici primari
rappresenta una interessante segnatura della presenza di materia oscura particellare nella galassia.
Lo scopo del progetto ADHD (Anti Deuteron Helium Detector) è quello di studiare le caratteristiche
peculiari del segnale prodotto dalla cattura di Anti-Deuterio in un target di He.
In particolare, antiprotoni/antideutoni incidenti sull’atomo di elio creano atomi esotici caratterizzati
dalla presenza di stati metastabili la cui vita media può raggiungere decine di microsecondi, prima
della annichilazione.
Sfruttando questa caratteristica unica e le proprietà scintillanti dell’elio, è possibile ottenere un segnale
distintivo dei nuclei di antimateria incidenti nel volume attivo del detector.
Il segnale ritardato prodotto dall’annichilazione permette infatti di distinguere eventi prodotti da
antimateria da quelli generati da protoni/nuclei, mentre le caratteristiche topologiche e di ampiezza del
segnale permettono la separazione antiprotoni/antideutoni.
Saranno mostrate le prospettive e la sensibilità attesa per un possibile rivelatore spaziale basato su
questa segnatura e lo stato della caratterizzazione di un rivelatore prototipo a base di He
pressurizzato a 200 Bar condotta al laboratorio TIFPA-INFN.

Speaker: Francesco Dimiccoli (TIFPA)

55 Misure del flusso di deuterio nei raggi cosmici con l’esperimento AMS-02

Il deuterio, prodotto da interazioni dei raggi cosmici primari sul mezzo interstellare, rappresenta uno
strumento molto sensibile per vincolarne i modelli di propagazione nella galassia. Sia la componente a
bassa energia (fino al GeV/n) la cui produzione è dominata dalla reazione di fusione protone-protone,
sia quella a più alta energia, la cui produzione è dominata dalla frammentazione dell’elio, sono
accessibili ad una misura di precisione da parte dello spettrometro AMS-02 operante dal 2011 sulla
Stazione Spaziale Internazionale.
Sarà presentata una misura preliminare del flusso di deuterio e del rapporto d/p nei raggi cosmici,
basata sull’identificazione di 15 milioni di deutoni come risultato dell’analisi dei primi 6 anni di dati
raccolti da AMS-02.
Sarà inoltre mostrato l’andamento del rapporto d/p in funzione del tempo, misura resa possibile per la
prima volta grazie alla grande accettanza di AMS-02. Tale misura permette di apprezzare le
correlazioni del rapporto d/p con l’attività solare registrata durante il 24° ciclo solare.

Speaker: Francesco Dimiccoli (TIFPA)

56 Ricerca di neutrini compositi pesanti di Majorana a High Luminosity LHC e High Energy LHC

Si presenta il risultato di uno studio sulle potenzialit?a attese a High Luminosity LHC (HL-LHC) (energia nel centro di massa di 14 TeV e luminosità integrata di 3 ab-1) e a High Energy LHC (HE-LHC) (energia nel centro di massa di 27 TeV e luminosit?a integrata di 15 ab-1) di una ricerca di neutrini pesanti di Majorana. Questi neutrini derivano da un modello che suppone quark e leptoni come composti da particelle non scoperte, genericamente chiamate preoni, e prevede stati eccitati di quark e leptoni, tra cui il neutrino pesante di Majorana. Il
modello prevede interzioni di gauge e interazioni di contatto, che sono un approccio effettivo per descrivere le conseguenze della sconosciuta dinamica interna di quark e leptoni.
Lo studio è basato su un'analisi di dati raccolti da CMS nel Run 2 di LHC, eseguita considerando lo stato finale llqq', dove l è un elettrone o un muone e q è un quark. Questa analisi non ha dato evidenza di un segnale da neutrino pesante di Majorana ed esclude la sua esistenza, al 95% di livello di confidenza, fino a masse M_Nl=4.60 TeV nel canale elettronico e M_Nl=4.70 TeV nel canale muonico, per una scala di composizione $\Lambda$ = M_Nl.
HL-LHC garantisce una significativa estensione dello spazio dei parametri che può essere esplorato. Infatti per $\Lambda$ = M_Nl l'esistenza del neutrino pesante può essere esclusa fino a masse M_Nl=8 TeV al 95% di livello di confidenza. La proiezione dello studio a HE-LHC indica che per $\Lambda$ = M_Nl si possono escludere masse fino a 12.5 TeV al 95% di livello di confidenza.

Speaker: Roberto Leonardi (PG)

57 Branching Ratios and Form Factors of B_s^0 \to D_s^{( * )} \mu \nu decays

The ratio between the rates of $B^0$ mesons decaying into semi-tauonic and semi-muonic final states are measured to be significantly larger than what predicted by the Standard Model by several experiments. The observed deviation, if confirmed with larger statistics and with additional $b$-hadron decays, would indicate violation of lepton-flavour universality and therefore indirectly indicate the presence of new particles, the interactions of which are not described by the standard model. LHCb has the unique possibility to study and test lepton-flavour universality in the semi-leptonic decays of the $B_s^0$ mesons. However, contrarily to the $B^0$ case, semi-leptonic $B_s^0$ decays remain relatively unexplored to date and the breakdown of the inclusive $D_s^−\mu^+ \nu_\mu X$ final state (where $X$ indicates any other signal decay- product not reconstructed) is a required input of any measurement performed with semi-tauonic final states. In this presentation, the first measurement of the exclusive branching ratio of $B_s^0 \to D_s^{(*)-} \mu^+ \nu_\mu$ decays is presented, together with the determination of their form factors.

Speaker: Daniele Manuzzi (BO)

Daniele_Manuzzi_IFAE2019.pdf

58 CYGNO: rivelazione di Dark Matter leggera con TPC a lettura ottica

Il progetto CYGNO sta lavorando alla realizzazione di un dimostratore da un metro cubo per studiare la scalabilità delle prestazioni della lettura ottica di strutture a multi-GEM per il readout di TPC di grandi volumi. Tale sviluppo si inserisce all’interno della proto-collaborazione CYGNUS-TPC che mira a costruire un network di osservatori underground per la ricerca direzionale di Materia Oscura.

Negli scorsi anni, il nostro gruppo ha dimostrato come l’uso combinato di un sensore sCMOS ad alta granularità e sensori veloci per la lettura della luce prodotta nei canali delle GEM durante i processi di moltiplicazione permetta da un lato la ricostruzione tri-dimensionale delle tracce ed un’elevata risoluzione nella misura dell’energia rilasciata e dall’altro di offrire utili informazioni per l’identificazione delle particelle, estremamente utile per la reiezione del fondo.

In questo intervento, verranno illustrati sia i risultati ottenuti nella fase di R&D sia i passi verso un esperimento nella scala delle decine di metri cubi.

Speaker: Davide Pinci (ROMA1)

59 Search for neutrino and photon primary particles in the EeV region with the Pierre Auger Observatory.

The Pierre Auger Observatory is the world's largest cosmic-ray observatory. Updated results on the search for ultra-high energy photons and neutrinos in the EeV region are presented. Ultra-high energy photons can be produced either in the interactions with the cosmic microwave background or by the decay of hypothetical super-massive particles. Ultra-high energy neutrinos may arise from astrophysical sources due to hadronic interactions in the surrounding matter. The reached sensitivity is shown to be better (for photons) or comparable (for neutrinos) to other detectors. Stringent limits are set using data collected bewteen 2004 and 2017.

Speaker: Mr Pierpaolo Savina on behalf of the Pierre Auger Observatory (Università del Salento and INFN Sezione di Lecce)

60 Caratterizzazione dei fotomoltiplicatori al silicio di FBK SiPM per il prototipo SCT Medium Size Telescope per l'Osservatorio CTA

The Cherenkov Telescope array (CTA) will represent the new generation of Imaging
Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs), aimed to detect very high energy gamma-rays
produced in atmospheric showers. The prototype Schwarzschild-Couder Telescope (pSCT) has
been inaugurated in January 2019 at the Fred Lawrence Whipple Observatory aiming to the
extention of the CTA array baseline.
Silicon Photomultipliers are particularly suitable as optical units of IACTs to detect the low
and fast-intensity Cherenkov signal. The Near UltraViolet High Density 6x6 mm2 SiPMs
(NUV-HD3), produced by Fondazione Bruno Kessler in collaboration with INFN, have been
assembled in more than 100 arrays of 16 pixels. These optical modules have been characterized
in the laboratories of INFN to be integrated on the camera of pSCT.
In this contribution we report the characterization results of the SiPM arrays and on the
uniformity of their performances.

Speaker: Serena Loporchio (BA)

poster_IFAE_loporchio_v1.pdf

61 The MUonE project: preparation of an experiment using a muon beam to measure the the leading hadronic corrections to the muon g-2

The anomalous magnetic moment g-2 of the muon is a precision measurement which
exhibits one of the largest deviation between theory and experiment. In the
next years it will be measured at Fermilab and J-PARC with even higher precision
.
The hadronic contribution to the muon g-2,$a^{HLO}_{\mu}$, is the most
important effect after the pure QED contributions. It is however affected by a
large uncertainty which dominates the error on the theoretical prediction in
the Standard Model.
Therefore it is extremely important to get independent measurement of this
hadronic contribution to reduce its uncertainty.
We propose a novel approach to determine the leading hadronic corrections,
consisting in measuring the effective electromagnetic coupling in the
space-like region at low momentum transfer in the elastic scattering of
high energy muons from atomic electrons.
The high energy muon beam M2 in the CERN North Area is adequate to perform
such a measurement. The challenge of this project MUonE is in the accuracy
which must be achieved, both statistical and systematic. This measurement will
allow the determination of $a^{HLO}_{\mu}$ alternative to the
present results obtained with the dispersive approach via time-like data.
In this talk, accent will be put on the preparation of the experiment, its
optimization and performance.

Speaker: Riccardo Pilato MUonE collaboration (Pisa)

62 Monte Carlo simulation of the High Energy Particle Detector of the space mission CSES-Limadou - performances and calibration procedure

The High-Energy Particle Detector (HEPD) is an instrument devoted to the measurement of cosmic particles from few MeV up to hundreds MeV. It has been developed by the Italian Limadou collaboration in the framework of the Chinese CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite) space mission. The HEPD will contribute to the CSES mission by measuring the precipitation of trapped particles and by studying the solar-terrestrial environment, especially during impulsive
events like coronal mass ejections and solar energetic particle emissions.
This work reports the main features of the HEPD Monte Carlo simulation, performed by means of the Geant4 package, with the aim of studying its performances, such as its particle discrimination capability, the energy threshold for trigger and the maximum energy detectable in full containment.
In order to contribute to the calibration of the detector, two tools were also developed with Monte Carlo simulation: 1) a “digitization” procedure, tested on beam runs performed at BTF (Frascati), Proton Therapy Center (Trento) and atmospheric muons; 2) a study of the particle range inside the calorimeter, as alternative method for the energy reconstruction.

Speaker: Dr Luca Carfora (University Tor Vergata)

63 Recent progress in solar modulation modeling in light of new cosmic-ray data from AMS-02

After the entering into the heliosphere, Galactic cosmic rays (CRs) are influenced by magnetic turbulence and Solar wind disturbances, which cause the so-called "solar modulation" effect. Understanding the relationship between the Sun's variability and the CR modulation effect is essential for the investigation of the physical processes of CR transport in the heliosphere, as well as for the establishment of predictive models of CR radiation in the interplanetary space. In the study of this phenomenon, the key ingredients are the knowledge of the CR interstellar spectrum and the detailed understanding of how this spectrum is modulated inside the heliosphere. For this purpose, we present a newly developed model of solar modulation where the key parameters describing the CR physics processes are constrained by the new monthly-resolved data of AMS-02. The comparison between model calculations and CR data is presented at various energies and epochs of the solar cycle. Calculations of the propagation times of CRs, their energy losses, and their trajectories through the heliosphere are also presented and discussed.

Speaker: Behrouz Khiali

64 The TES bolometric instrument of LSPE

Detecting B-mode polarization at large angular scales of the Cosmic Microwave Background (CMB) is one of the main challenges in modern observational Cosmology. Superconducting TES Bolometers are a suitable detector choice to meet the 10 aW/Hz$^{0.5}$ NEP requirement.
We present the development status of large area spider-web bolometers and SQUID FDM readout instrument for the LSPE-SWIPE balloon borne telescope. The bolometers have a 10 mm diameter Si$_3$N$_4$ membrane with a mesh size of 250 μm suspended with a thin leg structure. The TES sensor is a Ti/Au bilayer with Tc tuned in the 500-550 mK range, thermally coupled to a Bi/Au microwave absorber. About 330 bolometers will be biased at constant voltage and readout SQUID current amplifiers with low noise front-end JFET amplifier. A dedicated 16-cannel Frequency Domain Multiplexing readout electronics provide a comb of MHz carrier frequencies. Signal demodulation, on board signal digitization and pre-analysis and overall control of the bolometric instrument will be performed by the FPGA acquisition board.

Speaker: Prof. Flavio Flavio Gatti

65 The QUBIC experiment

In this contribution we present the Q&U Bolometric Interferometer for Cosmology (QUBIC) experiment. QUBIC is an experiment devoted to the observations of the polarization of the Cosmic Microwave Background radiation with the goal to detect the signature of the Inflationary expansion of the Universe at 10^-35s from the initial singularity.
QUBIC will measure the polarized microwave sky with a novel approach: the bolometric interferometry, which combines the sensitivity of state-of-the-art bolometric detectors, with the systematic effects control typical of interferometers. QUBIC will observe the sky in two main frequency bands: 150GHz and 220 GHz.
A technological demonstrator is currently under testing and will be deployed in Argentina during 2019, while the final instrument is expected to be installed during 2020.

Speaker: Prof. Elia Battistelli (Sapienza University of Rome and INFN)

66 CRESST-III: A detector for light dark matter search.

The CRESST experiment, installed at the Laboratori Nazionali of Gran Sasso (LNGS), is suited for direct detection of dark matter particles via elastic scattering off nuclei of CaWO$_{4}$.
CRESST uses an array of 10 crystals (24 g each) operated as cryogenic calorimeters, each equipped with a cryogenic light detector.
An interaction in the CaWO$_{4}$ crystal produces a phonon and light signal: the phonon signal allows a precise energy measurement, the light signal is used to discriminate the expected dark matter signal (nuclear recoil) from the dominant background (electron/gamma and alpha). In early 2018, CRESST completed an initial data taking campaign reaching nuclear recoil thresholds of 30.1 eV. This unprecedented low threshold allows for the first time to probe dark matter masses as low as 500 MeV/$c^{2}$.
Most recent results are presented and discussed.

Speaker: Stefano Di Lorenzo (GSSI)

67 The ReD Experiment

Directional sensitivity to nuclear recoils would provide a smoking gun for a possible
discovery of dark matter in the form of WIMPs. A hint of directional dependence of the
response of a dual-phase liquid argon Time Projection Chamber (TPC) was found in the
SCENE experiment. Given the potential importance of such a capability in the framework
of dark matter searches, a new dedicated experiment, ReD (Recoil Directionality), was
designed in the framework of the DarkSide Collaboration, in order to scrutinize this hint.
A small dual-phase liquid argon TPC is irradiated with neutrons produced by the
p(Li7,Be7)n reaction from the TANDEM accelerator of the INFN Laboratori Nazionali del
Sud (LNS), Catania, such to produce Ar nuclear recoils in the range of interest for Dark
Matter searches. Energy and direction of nuclear recoils are inferred by the detection of
the elastically-scattered neutron by a set of scintillation detectors. Golden scattering
events can be further selected by gating of the associated Be7, which is detected by a
telescope made of two Si detectors. As an additional valuable by-product, ReD can be
operared to study the response of the TPC to very low-energy nuclear recoils (in the keV
range).
In July 2018, the ReD set-up was deployed and integrated on a beam line of the LNS
allowing for the first characterization and for the integration of the three detector systems
(TPC, liquid scintillators, Si telescope). After this first test-beam, the entire system were ri-
assembled in the Cryogenic Laboratory for the research of Dark Matter of INFN Naples.
This contribution will describe the performance of the detectors achieved during the test-
beam in Catania, the current status of ReD and the perspectives for physics
measurements during the forthcoming beam-time.

Speaker: Simone Sanfilippo (ROMA3)

ReD_poster.pdf

68 BIS78, a pilot project for phase-2 ATLAS RPC and beyond

The architecture of the present trigger system in the ATLAS muon barrel was designed according to a reference luminosity of 1034 cm-2 s-1 with a safety factor of 5, with respect to the simulated background rates, now confirmed by LHC Run 1 data. HL- LHC will provide a luminosity 5 times higher and an order of magnitude higher background. As a result, the performance demand increases, the detector being operated under condition much harsher than the design scenario.
ATLAS muon Collaboration approved an appropriate upgrade plan, to guarantee the performance required by the physics program for the 20 years scheduled, consisting in installing a layer of new generation RPCs in the inner barrel, to increase the redundancy, the selectivity, and provide almost full acceptance. The BIS78 project aims to install the first 10% of the system already in LS2, at the edges of the inner barrel even sectors (BIS7 and 8). This is the barrel region with the highest background so it is an excellent pilot project for the Phase-2 full coverage.
The BIS78 RPCs represent a new generation of the RPC detectors, basing on a new and advanced FE electronics capable to exploit 10 times smaller signals, correspondingly increasing the rate capability, and halved thickness gas gap and electrodes to reduce thickness, weight and to more than double the time resolution.
We will illustrate the performance of the new detectors and the project status.

Speaker: Luca Pizzimento (ROMA2)

69 Elettronica criogenica per la lettura dei SiPM dell’esperimento DarkSide

I SiPM sono diventati una valida alternativa ai fotomoltiplicatori (PMT) tradizionali in diversi campi, dalla fisica medica alla nuova generazione di esperimenti per la rivelazione diretta di materia oscura. L'esperimento DarkSide, una TPC a doppia fase di 50 ton, ha scelto i SiPM come fotosensori per rivelare i fotoni prodotti dalla scintillazione in Argon liquido e dall'elettroluminescenza nella gap di gas dagli elettroni prodotti nella ionizzazione. Le condizioni di lavoro a temperature criogeniche costituiscono una sfida tecnologica, sia per i SiPM sia per l'elettronica di lettura. Quest’ultima è caratterizzata dall’uso di transistor ad etero-giunzione silicio-germanio (SiGe) che hanno dimostrato eccellenti doti di stabilità a bassissime temperature. Verranno mostrati il design e la caratterizzazione completa in condizioni criogeniche dell’elettronica di lettura dei SiPM per l’esperimento DarkSide.

Speaker: Dr Luigi Pio Rignanese (INFN Bologna)

70 Sviluppo di un tracciatore di particele basato sul chip ALPIDE per applicazioni spaziali

Diversi esperimenti di fisica delle astroparticelle richiedono l’utilizzo di rivelatori compatti ed a basso consumo per utilizzo in missioni spaziali, al fine di poter osservare fenomeni altrimenti schermati dall’atmosfera terrestre o legati all’interazione di astroparticelle con la ionosfera. Per la misura della traiettoria di particelle è molto comune l’uso di tracciatori basati su rivelatori al silicio. In ambito spaziale si tratta tipicamente di microstrips, ma al fine di ottenere una maggiore risoluzione angolare e per l'assenza di degenerazione nella stima della posizione è interessante valutare l'utilizzo di tracciatori a pixel.

Oggetto di questo studio è lo sviluppo di un tracciatore a tre strati basato sul chip CMOS ALPIDE. Con un totale nell'ordine di 100 chips ed i requisiti parecchio stringenti in termini di consumo elettrico e potenza computazionale disponibile tipici di una missione spaziale, la lettura di tale tracciatore pone delle sfide che possono essere superate solo tramite lo sviluppo di una soluzione parallela basata su Field Programmable Gate Arrays (FPGA). In questo lavoro si descrive lo sviluppo di un dimostratore per valutare e quindi implementare il sistema di acquisizione dati del tracciatore tramite un singolo chip FPGA a basso consumo.

Speaker: Giuseppe Gebbia

poster.pdf

71 L'esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target)

L'esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target) si propone di misurare le sezioni d’urto doppio differenziali rispetto all'energia e alla direzione dei frammenti prodotti nell'interazione nucleare tra un fascio di ioni e diversi atomi bersaglio presenti nei tessuti umani.

Gli intervalli di energia a cui tali misure verranno effettuate sono due:

→ uno di energia fino a 400 Mev/u, per valutare gli effetti collaterali della frammentazione nucleare nel trattamento di adroterapia con utilizzazione di protoni, in particolare il deposito di energia dovuto a frammmentazione nucleare nella parte di tessuti sani presente tra l’ingresso del fascio e i tessuti tumorali

→ il secondo, di energia fino a 700 MeV/u, per migliorare la conoscenza della frammentazione dei protoni sui nuclei: la progettazione dei veicoli spaziali richiede infatti una conoscenza più approfondita delle sezioni d’urto per ottimizzare le schermature, con l’obiettivo di minimizzare il rischio di danni agli astronauti in vista di missioni spaziali di lunga durata.

Dato che negli intervalli di energie considerati i frammenti prodotti dall'interazione dei protoni con i nuclei bersaglio hanno un corto range, per identificarli e misurarne l’energia l’esperimento FOOT si avvale della tecnica della cinematica inversa, ossia inviare gli ioni su un bersaglio ricco di protoni.

L’apparato prevede di essere esposto ai fasci di ioni in due configurazioni: una con rivelatori elettronici per la misura di frammenti più pesanti e una basata principalmente su una camera a emulsioni per la misura dei frammenti più leggeri.

In questa presentazione verrà illustrato l’apparato sperimentale e le prestazioni attese nelle varie condizioni.

Speaker: Gianluigi Silvestre (PG)

Silvestre_IFAE_2019_Poster.pdf

72 Analisi della risposta di scintillatori plastici a particelle cariche tra 1-100 MeV con algoritmi di deep learning

We present a set of algorithms purely based on machine learning to reconstruct the impact position, the arrival direction and the energy of particles arriving on a cube of plastic scintillator, readout by 32 photo-multiplier tubes, evenly distributed on the edges of the cube. The algorithms allow also distinguish electrons from protons and nuclei. The main element of the reconstruction chain is a fully connected neural network, taking as input the signal of photo-multiplier tubes, and giving as output polar and azimuthal angles in the local frame, energy and particle-type flag. The network is trained with a sample of events produced with a Geant4-based Monte Carlo simulation. Remarkably, significant information is drawn out from a block of scintillator as small as 15 cm, a distance over which plastic scintillators are almost transparent and light production gradients are difficult to measure.

Speaker: Francesco Maria Follega (Università di Trento)

DLearning_Follega_A0.pdf

73 MadDump: uno strumento per la generazione di eventi di Nuova Fisica con particelle debolemente interagenti

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).

Speaker: Luca Buonocore (N)

74 Galactic axions search with a superconducting resonant cavity

To account for the dark matter content in our Universe, post-inflationary scenarios predict for the QCD axion a mass in the range (10 − 103) $\mu$eV. Searches with haloscope experiments in this mass range require the monitoring of resonant cavity modes with frequency above 5 GHz, where several experimental limitations occur due to linear amplifiers, small volumes, and low quality factors of Cu resonant cavities. In this paper we deal with the last issue, presenting the result of a search for galactic axions using a haloscope based on a 35 cm$^3$ NbTi superconducting cavity, within the QUAX experiment. The cavity worked at T = 4 K in a 2 T magnetic field and exhibited a quality factor $Q_0 = 4.5 × 10^5$ for the TM010 mode at 9 GHz. With such values of Q the axion signal is significantly increased with respect to copper cavity haloscopes. Operating this setup we set the limit $g_{a\gamma\gamma} < 1.03 \times 10^{−12}$ GeV$^{−1}$ on the axion photon coupling for a mass of about 37 $\mu$eV. A comprehensive study of the NbTi cavity at different magnetic fields, temperatures, and frequencies is also presented.

Speaker: Dr Alessio Rettaroli (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

poster_AlessioRettaroli_compressed.pdf

75 Studio della radiazione cosmica con l’esperimento DAMPE

DAMPE (DArk Matter Particle Explorer) è un esperimento spaziale, installato a bordo di un satellite in orbita bassa (~ 500 km), lanciato il 17 Dicembre 2015; sin da questa data il rivelatore ha acquisito dati in maniera continuativa, collezionando oltre $5 \cdot 10^9$ eventi di raggi cosmici in circa 3 anni.

DAMPE è il risultato di una attiva collaborazione tra Italia, Cina e Svizzera per la ricerca indiretta di particelle di materia oscura, lo studio dello spettro della radiazione cosmica e l’astronomia gamma ad alta energia.

DAMPE è caratterizzato da 4 sub-detector: Plastic Scintillator Detector (PSD), Silicon-Tungsten-Tracker (STK), 3D imaging BGO calorimeter ed il detector di neutroni. L’esperimento è in grado di rivelare elettroni e fotoni dal GeV fino a 10 TeV, mentre per i protoni e nuclei il range di energia si estende da 10 GeV a 100 TeV. Il detector è inoltre capace di misure di energia particolarmente accurate, insieme ad un potere di reiezione e/p di $10^5$, elemento chiave per poter identificare correttamente la componente dei raggi cosmici formata da elettroni e positroni. Nel corso del 2017 DAMPE ha pubblicato lo spettro degli elettroni e positroni presenti nei raggi cosmici fino a 2 TeV, confermando la presenza di un break nello spettro nella regione corrispondente a circa 1 TeV .

Le performance del detector sono eccellenti dopo tre anni di operazione continua nello spazio, il che ci ha permesso di estendere la vita della missione oltre i tre anni previsti inizialmente. Presentiamo lo stato del detector, le sue performance nella rivelazione di raggi cosmici, i risultati ottenuti nella misura dello spettro di elettroni e positroni e le misure preliminari dello spettro di protoni e nuclei di Elio.

Speaker: Mr Enrico Catanzani (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

76 Caratteristiche, stato e prospettive dell'esperimento JUNO

L’esperimento JUNO (Jiangmen Undergound Neutrino Observatory) che entrerà presto in funzione
vicino a Kaiping, nel sud della Cina, è uno dei più importanti esempi di rivelatori che nei prossimi
anni permetteranno di effettuare misure di precisione e di affrontare alcuni dei problemi aperti nella
fisica dei neutrini. Si tratta di uno scintillatore liquido di grandi dimensioni (circa 36 mt di diametro
e 20 kton di massa), installato a circa 700 m di profondità e caratterizzato da una bassa soglia di rivelazione in energia e da una risoluzione elevatissima (sigmaE/sqrtE)≅ 3% . Grazie a queste caratteristiche e al buon livello di purificazione previsto, JUNO dovrebbe sviluppare un ricco programma di analisi che lo renderanno uno dei principali esperimenti di fisica del neutrino nei prossimi anni.
Scopo principale dell’esperimento è la determinazione della gerarchia di massa dei neutrini (normale o inversa), con un’accuratezza che potrebbe raggiungere 3-4 σ, grazie allo studio del decadimento beta inverso con sorgenti di antineutrini da reattore provenienti principalmente da 2 complessi di reattori nucleari situati alla distanza di circa 53 km dal rivelatore (scelta per massimizzare l’effetto di
oscillazione). Il risultato di JUNO, diversamente dal caso di altri esperimenti, non sarà influenzato dalle incertezze sul profilo di densità della terra e sul parametro di violazione della CP parità. La conoscenza della gerarchia di massa sarebbe fondamentale per discriminare tra diverse classi di
modelli teorici e anche per valutare la sensibilità raggiungibile in vari esperimenti futuri (in particolare per la ricerca del doppio decadimento beta senza neutrini e, dunque, della reale natura del neutrino). In aggiunta a questa misura, JUNO, grazie alle sue caratteristiche di elevata statistica ed eccellente risoluzione energetica, potrà sviluppare anche un ricco programma di misure di alto
interesse per la fisica astro-particellare. Si abbasserà di quasi un ordine di grandezza la precisione nella determinazione di diversi parametri di massa e di “mescolamento” per i neutrini; si dovrebbe avere una sensibilità molto elevata alla rivelazione di eventuali neutrini provenienti dall’esplosione di una Supernova; sarà possibile misurare i neutrini emessi dalla terra (con risultati importanti per i modelli geologici oltre che fisici) ed è in programma anche la rivelazione dei neutrini atmosferici.
Infine, ma non da ultimo, l’esperimento JUNO dovrebbe contribuire significativamente anche a perfezionare la conoscenza dei neutrini solari. Infatti, oltre alla già citata misura dei parametri, (sin^2(θ_{12}) e ∆m^2_{21}) che ne regolano le oscillazioni, a JUNO sarà possibile anche studiare direttamente il flusso di questi neutrini, soprattutto per quel che riguarda i neutrini da 8B e da 7Be. Queste misure sono interessanti, da un lato per provare a risolvere il problema della “metallicità solare”, discriminando tra le diverse possibili versioni dei Modelli Solari Standard (alta e bassa metallicità), e dall’altro (mediante lo studio dello spettro dei neutrini da 8 B e delle asimmetrie giorno-notte) per testare la validità del modello di oscillazione basato sulla soluzione di LMA (Largo Angolo di Mescolamento) e cercare eventuali discrepanze rispetto a questo paradigma, interpretabili come segnali di interazioni non standard (NSI) per i neutrini. I lavori di scavo sono ormai ultimati e proseguono la realizzazione ed i tests delle diverse parti
dell’esperimento e l’allestimento dei vari sistemi di purificazione e l’inizio della presa dati è previsto per il 2021.

Speakers: Dr Vito Antonelli (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano e INFN Milano), per la Collaborazione JUNO

poster-ifae-2019-JUNO.pdf

77 Prospettive per le misure di di-Higgs nello stato finale bbgg alla fase ad alta luminosità di LHC con il rilevatore CMS di Fase-II

La produzione di coppie di bosoni di Higgs è una delle misure chiave del programma di fisica di “High Luminosity LHC” (HL-LHC), poiché consentirà la misura diretta della costante di auto-accoppiamento trilineare del bosone di Higgs λ_HHH ed è anche sensibile all'esistenza di fenomeni oltre il modello Standard. Vengono presentate le prospettive per lo studio della produzione di coppie di bosoni di Higgs, in cui un bosone decade in due fotoni e l'altro in una coppia quark-antiquark bottom, a HL-LHC, per un’energia nel centro di massa di 14 TeV. L'analisi è stata condotta utilizzando una simulazione parametrica del rivelatore CMS aggiornato per Fase-II e ottimizzata per una luminosità integrata di 3000 / fb. La proiezione della sensibilità statistica per il segnale di doppio Higgs atteso dal modello Standard, nel canale di decadimento bbgg, è di circa 1,8σ, la più alta tra i canali di decadimento considerati per le ricerche doppio Higgs. Le proiezioni sono anche presentate per la misura di λ_HHH.

Speaker: Fabio Monti (MIB)

78 Osservazione di due mesoni Bc eccitati e misura della massa del Bc(2S) a CMS

Si presenta l'osservazione di due stati consistenti con i mesoni Bc(2S) e Bc(2S)* in collisioni pp all'energia di 13 TeV nel centro di massa, utilizzando una luminosità integrata di 143 fb-1. Questi stati eccitati sono osservati nello spettro di massa invariante di Bc pi pi con il Bc ricostruito nel decadimento Bc → J/Psi pi con una significatività superiore a 5 sigma.
I due stati sono ricostruiti con una differenza in massa pari a 29.1+-1.5+-0.7 MeV e la massa del Bc(2S) e` misurata pari a 6871.0+-1.2+-0.8+-0.8 MeV.

Speaker: Samet Lezki (BA)

IFAE2019_SametLezki.pdf

79 Produzione associata ttH nello stato finale all-jets con l'esperimento CMS

La produzione associata di un bosone di Higgs e una coppia di quark top (ttH) è stata recentemente osservata a LHC dalle collaborazioni ATLAS e CMS,sfruttando tutti i possibili stati finali per massimizzare la sensibilità. Viene presentato un aggiornamento dei risultati ottenuti dalla collaborazione CMS analizzando gli stati finali all-jets nella topologia resolved, cioè nel caso in cui tutti i jet sono ricostruiti come separati nel rivelatore. Verrà inoltre presentata una nuova ricerca basata sullo stato finale all-jets nella topologia boosted, in cui i prodotti di decadimento del quark top o del bosone di Higgs risultano molto collimati e producono boosted jets.

Speaker: Fabio Iemmi (B)

80 Fisica elettrodebole multi-bosone a CMS

La misura di processi con più di un bosone nello stato finale rappresenta un test di precisione del Modello Standard. Eventuali discrepanze tra la predizione teorica e la misura sperimentale possono inoltre indicare la presenza di nuova fisica oltre il Modello Standard che si manifesta per mezzo degli accoppiamenti anomali. I processi multi-bosone costituiscono anche un fondo alle misure delle proprietà del bosone di Higgs e alle ricerche di nuove particelle. In questa presentazione verranno presentati i risultati più significativi ottenuti dall’esperimento CMS in questo ambito.

Speaker: Alessandro Da Rold (TS)

IFAE2019_DaRold.pdf

81 Test di universalità leptonica nel decadimento B^0→D^(∗-) τ^+ ν_τ con τ→3π a LHCb

Il Modello Standard assume che tutti i leptoni carichi risentano allo stesso modo dell’interazione debole e che eventuali differenze nei tassi di decadimento semileptonico in stati finali con elettroni, muoni o tau siano dovute unicamente alle diverse masse dei leptoni finali.

Utilizzando i decadimenti degli adroni b è possibile verificare la validità di questa proprietà fondamentale.

Lo scopo di questa presentazione è la descrizione delle misure svolte dalla Collaborazione LHCb su diversi decadimenti semileptonici degli adroni b che coinvolgono la seconda e la terza famiglia di leptoni.

Nonostante i risultati ottenuti si discostino dalle previsioni del Modello Standard in maniera non significativa dal punto di vista statistico, hanno suscitato un notevole interesse perchè la loro conferma potrebbe indicare l’esistenza di contributi di nuova fisica.

Verranno inoltre discusse le prospettive di misura dell’esperimento LHCb con i dati raccolti in collisioni protone-protone a 13TeV facendo riferimento a canali di decadimento ancora non esplorati.

Speaker: Carmen Giugliano (INFN e Università di Ferrara)

82 Measurement of ttH cross section times branching ratio in the gamma-gamma decay channel with the full Run-2 pp collision dataset collected by ATLAS experiment at $\sqrt s$ = 13 TeV

The latest results on the $t\bar{t}H$ associated production from the diphoton decay channel performed by ATLAS experiment are presented. Measurements are based on 140 fb${-1}$ of pp collision data at 13 TeV collected in 2015-2018. Events are preselected and classified in orthogonal categories targeting both hadronic and semi-leptonic top decays. The categories definition is performed using advanced ML algorithms, optimised to isolate $t\bar{t}H$ events from other production modes and to enhance the overall expected sensitivity. The $t\bar{t}H$ signal strength is obtained fitting the diphoton invariant mass distributions simultaneously over categories with a signal plus background analytical model. Relevant theoretical and experimental systematics are taken into account. Results are presented in terms of p-value, signal strength and cross section times branching ratio.

Speaker: Davide Pietro Mungo (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Milano)

mungo_ttH_posterIFAE19.pdf

83 Design del dipolo di curvatura da 16 T per il Future Circular Collider

Il progetto EuroCirCol, sotto la direzione della Comunità Europea nel framework del programma H2020, è parte dello studio del Future Circular Collider, un acceleratore post-LHC lungo 100 km, che permetterà di raggiungere un’energia di collisione da 100 TeV. In questo quadro, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), in collaborazione con il CERN e altri laboratori europei, ha sviluppato il design baseline del dipolo di curvatura da 16 T per la configurazione adrone-adrone di FCC. Questo lavoro è parte del Conceptual Design Report (CDR), che è stato presentato alla Comunità Europea nei primi mesi del 2019.
Il magnete, in $Nb_3 Sn$ e di tipo $\cos\theta$, con un diametro d’apertura di 50 mm e un campo magnetico di 16 T, sarà capace di curvare i fasci alle energie di 100 TeV, entro i vincoli dati dalle dimensioni del collisore. Qui noi presentiamo il design elettromagnetico e meccanico del dipolo.

Speaker: Dr Alessandro Maria Ricci (GE)

Ricci_IFAE_2019.pdf

84 The Muon g-2 Experiment at Fermilab

Speaker: Mr Matteo Sorbara (Università degli Studi di Roma Tor Vergata & INFN Sezione Roma Tor Vergata)

85 Modelli geometrici con violazione dell'invarianza di Lorentz e oscillazioni dei neutrini

L’invarianza di Lorentz è alla base della relatività speciale e sembra essere una delle simmetrie fondamentali della natura. Tuttavia diversi esperimenti sono alla ricerca di segnali di violazione di questa simmetria e varie teorie considerano l’eventualità di una sua possibile “piccola” violazione ad alte energie, che potrebbe essere connessa con la struttura dello spazio-tempo. Questa possibilità è stata presa in considerazione anche nello studio della fisica dei neutrini, a partire dal lavoro di Coleman e Glashow del 1999.
Qui viene discusso un modello, da noi sviluppato, nel quale l’invarianza di Lorentz viene introdotta a partire da relazioni di dispersione modificate e fornendo un’origine di natura “geometrica” per queste relazioni. Per fare ciò, preservando una struttura metrica completa, è necessario utilizzare la
geometria di Finsler e delle funzioni omogenee (nel rapporto tra il momento e l’energia) per introdurre gli effetti desiderati di violazione dell’invarianza di Lorentz. Utilizzando il formalismo dei vierbein e ridefinendo adeguatamente le matrici gamma di Dirac e le funzioni d’onda degli spinori, siamo riusciti a costruire un modello consistente che preserva le simmetrie del Modello Standard (SU(3)xSU(2)xU(1)) e l’isotropia spaziale e nel quale sono, però, introdotte delle sorgenti di violazione dell’invarianza di Lorentz (LIV). In questa nostra versione del “Modello Standard esteso” non compaiono nuovi vertici di interazione e, dunque, le correzioni legate alla LIV sono di natura
“cinematica”. Le relazioni di dispersione modificate che si ottengono possono essere interpretate come una conseguenza della diversa interazione delle singole particelle con lo spazio tempo, in funzione del loro diverso momento. Ogni particella acquisisce, in funzione del suo momento, una propria velocità limite che può differire dalla velocità della luce nel vuoto c. L’impatto di queste modifiche sulla fisica dei neutrini è dovuto al fatto che, modificando le equazioni che regolano la propagazione dei neutrini, si introducono delle possibili correzioni nelle probabilità di oscillazione che governano il fenomeno delle oscillazioni di sapore. In particolare compaiono nelle suddette probabilità di oscillazione dei termini aggiuntivi (differenti da zero solo se si ipotizza effetti di violazione della LIV diversi per i diversi sapori dei neutrini), che rappresentano piccole correzioni
rispetto alla probabilità di oscillazione standard e che, diversamente da quest’ultima, sono proporzionali al prodotto LxE (dove E indica l’energia del neutrino ed L è la distanza tra il suo punto di produzione e quello di rivelazione). In un lavoro recentemente pubblicato abbiamo studiato dettagliatamente queste modifiche alle probabilità di oscillazione nel nostro modello per valori rilevanti dei parametri (valori elevati di L ed E) e abbiamo iniziato a discutere l’impatto di queste modifiche in diverse situazioni sperimentali di interesse fenomenologico (neutrini atmosferici di alta energia, loro possibile rivelazioni in esperimenti come JUNO; neutrini cosmici, con particolare
interesse per esperimenti come IceCube e Auger, con collegamento anche con gli studi a “multi-messageri”). Lo studio dettagliato di queste diverse situazioni è sviluppato in un lavoro che sarà pubblicato prossimamente. Nel frattempo abbiamo esteso lo studio del nostro modello in un altro
settore fenomenologico, quello delle interazioni forti e i risultati sono contenuto in un altro lavoro in
fase di stesura, nel quale abbiamo anche confrontato il nostro modello con altri modelli di LIV presenti in letteratura (come la “very special relativity” e la “double special relativity”) che prevedono correzioni analoghe alle nostre nel limite di alta energia, ma tipicamente non presentano una struttura geometrica soggiacente analoga alla nostra.

Speaker: Vito Antonelli (MI)

poster-ifae-2019-Antonelli-LIV.pdf

Tuesday, 9 April

Frontiera dell'Energia

86 Exotic States in BSM Physics: the 331 Model, a case of study

We discuss the most important features of a BSM model with extra gauge symmetry, the so called 331 model. The gauge group is $SU(3)_c\times SU(3)_L \times U(1)_X$ implying the presence of extra gauge bosons, both charged and neutral, as well as extra/exotic fermions and an enlarged scalar sector. We present the relevant phenomenology of doubly-charged gauge bosons, which are a distinctive feature of a version of the 331 model, and discuss the role of BSM phenomenology as a tool for testing GUT (inspired) theories.

Speaker: Antonio Costantini (INFN - Bologna)

CostantiniIFAE2019.pdf

87 ATLAS Searches for Resonances Decaying to Boson Pairs

Many extensions to the Standard Model predicts new particles decaying into two bosons (W, Z, photon, or Higgs bosons) making these important signatures in the search for new physics. Searches for such diboson resonances have been performed in final states with different numbers of leptons, photons and jets and b-jets where new jet substructure techniques to disentangle the hadronic decay products in highly boosted configuration are being used. This talk summarizes recent ATLAS searches with LHC Run-2 data collected.

Speaker: Marco Lavorgna (NA)

IFAE2019_Lavorgna.pdf

88 Impatto delle PDF sulla distribuzione in massa dei bosoni W e Z

Le parton distirbution functions (PDF) del protone modificano la forma della distribuzione in massa invariante della coppia di leptoni prodotti tramite processi Drell-Yan a LHC: la derivata non nulla delle PDF induce infatti uno spostamento del picco della distruzione, introducendo quindi un'incertezza sistematica se si vuole misurare la massa del bosone. In questo studio si presenta una stima numerica di tale spostamento e della sua incertezza, basandosi su un calcolo al primo ordine perturbativo e utilizzando un recente set di PDF. Il calcolo è stato poi validato utilizzando una simulazione Monte Carlo ed è stato stimato inoltre l'andamento dello postamento del picco differenziale in rapidità e impulso trasverso della coppia di leptoni. Lo spostamento del picco osservato sul Monte Carlo è riprodotto ragionevolmente bene dal calcolo al primo ordine. L’incertezza sistematica su tale spostamento risulta dell'ordine O(0.1) MeV e quindi completamente sotto controllo per una misura della massa del bosone W con precisione relativa di $10^{-4}$.

Speaker: Valerio Bertacchi (INFN Pisa e Scuola Normale Superiore)

bertacchi_WpeakShift_IFAE2019.pdf

89 Studio delle interazioni partoniche doppie dalla produzione di due bosoni W dello stesso segno a sqrt(s) = 13 TeV, combinando dati raccolti nel 2016 e nel 2017 a CMS

Si presenta il risultato più recente ottenuto nella ricerca della produzione di due bosoni W dello stesso segno (ssWW) tramite una doppia interazione partonica (DPS), basato sull’analisi di collisioni protone-protone raccolte da CMS negli stati finali μμ e eμ.
L’analisi precedente, condotta su dati 2016 ha portato alla prima misura di DPS nella produzione di ssWW, misurando una sezione d’urto inclusiva per il processo pari a σincl
DPS = 1.09+0.50 −0.49 pb con una significanza di 2.23σ. Un risultato fortemente
affetto da errore statistico, che ha suggerito di incrementare la statistica analizzata
in modo da aumentare la sensitività della misura.
Combinando quindi i dati raccolti da CMS nel 2016 e 2017 da collisioni protone-protone
a sqrt(s) = 13 TeV, è stata analizzata una luminosità integrata pari a 77 fb−1.
Vari miglioramenti sono stati introdotti nella strategia di analisi, rispetto a quanto fatto precedentemente, sia nella selezione degli oggetti fisici che nella separazione tra segnale e fondo. Inoltre il segnale è stato caratterizzato in vari campioni Monte-Carlo, prodotti con diversi generatori e tunes, in modo da testare l’affidabilità della modellizzazione del DPS.
Questa misura rappresenta un importante tassello per la descrizione delle interazioni
partoniche multiple e per una migliore comprensione della dinamica partonica.

Speaker: Valentina Mariani (PG)

ssWW_Ifae2019.pdf

90 Risultati sulla produzione associata di un bosone vettore e getti adronici ottenuti dall’esperimento CMS

La produzione associata di un bosone vettore e getti adronici rappresenta un’esame rigoroso del regime perturbativo della cromodinamica quantistica, oltre a essere un importante processo di fondo nella ricerca di nuova fisica. Verranno presentati i più recenti risultati ottenuti dall’esperimento CMS sulla produzione di bosoni W, Z e fotoni, in associazione con getti adronici in collisioni protone-protone. Tali misure saranno confrontate con le predizioni ottenute da simulazioni Monte Carlo e con i più recenti risultati teorici.

Speaker: Federico Vazzoler (TS)

IFAE_2019_Vazzoler.pdf

91 Observation of the $\rm VH(\to bb)$ associated production in pp collisions with the ATLAS detector

Since the discovery of the Higgs boson, rapid progresses in understanding its properties and couplings have been performed. In particular, measurements of the Higgs boson decays to fermions permit to test the Yukawa couplings and to understand the mass generation of fermions. In the Standard Model, the $\rm H\to bb$ decay is the most prevalent decay with a branching ratio of 58%, but experimentally at LHC it’s difficult to observe because of the large backgrounds from multijet in the dominant gluon gluon production mode. For this reason, the search for the $\rm H\to bb$ decay is performed exploiting the associated production of a Higgs boson with a W or a Z boson (V=W/Z), whose leptonic decays make the signature of these processes easier to identify. This talk describes the search for the $\rm VH(\to bb)$ process using pp collision data taken at 13 TeV and presents the results of the combination with the search of $\rm H\to bb$ with different production modes and centre-of-mass energies, which lead to the observation of the $\rm H\to bb$ decay.

Speaker: Camilla Vittori (BO)

IFAE_4-4-2019.pdf

92 Prospettive per la misura della produzione associata di due bosoni di Higgs nel canale HH → bb4l con il rivelatore CMS a HL-LHC

Le prestazioni dell’analisi HH → bb4l (l = e, μ) sono state studiate nel contesto della ricerca della produzione di una coppia di bosoni di Higgs (HH) durante la fase di presa dati ad alta luminosità di LHC (HL-LHC). L’analisi è stata condotta utilizzando il software di simulazione veloce Delphes, che parametrizza la risposta del rivelatore CMS: si considera la configurazione del rivelatore successiva all’upgrade di Fase 2 e una media di 200 collisioni protone-protone per ogni bunch crossing a 14 TeV di energia nel centro di massa. Assumendo una luminosità integrata di 3000 fb−1, prevista dopo dieci anni di attività di HL-LHC, la significatività attesa per il segnale non risonante HH in accordo con le previsioni del Modello Standard (MS) è 0.37σ; un limite superiore sulla sezione d’urto del processo è fissato a 6.6 volte la previsione del MS con un livello di confidenza del 95%.

Speaker: Elisa Fontanesi (BO)

HHbb4l@HLLHC_IFAE_EF.pdf

93 Precision anomalous triple gauge coupling measurements at colliders

A very important and promising direction of research is finding better strategies to test Standard Model (SM) and New Physics using Effective Field Theory approach and exploiting precision measurements. In this framework, Electroweak Triple Gauge Couplings (Electroweak TGCs) play a special role, particularly within diboson production processes. In fact, they may also provide a way to study Beyond Standard Model (BSM) effects related to electroweak symmetry breaking, due to the high energy equivalence between Goldstone bosons and longitudinally polarized gauge bosons. Generically, the leading contribution to the $ pp \to WV$ ($V=W,Z,\gamma $) amplitudes with insertion of anomalous TGC (aTGC) irrelevant operators has a ratio with the SM amplitude that grows with the center of mass energy of the process: the large energies explored at colliders, such as LHC, can be exploited to test the presence of New Physics effects within diboson production. However, the deviations associated to the $d=6$ $O_{3W}$ and $O_{3\tilde W}$ TGC operators are known to be particularly hard to measure due to their suppressed interference with the SM amplitudes in the inclusive processes, leading to approximate flat directions in the space of these Wilson coefficients. This suppression can be overcome by considering differential distributions with respect to exclusive variables, that improve the sensitivity and the accuracy in the measurements of these BSM effects. Following the discussion of JHEP10 (2017) 027 and arXiv:1901.04821, I will present the prospects for the bounds on these aTGCs at HL-LHC and HE-LHC, taking into account effects related to NLO QCD corrections.

Speaker: Ms Elena Venturini (SISSA, INFN Trieste)

10:30 Pausa caffè

Nuove Tecnologie

94 Misure di luminosità con gli esperimenti ATLAS e CMS a LHC

A precise measurement of the luminosity delivered by LHC to the experiments such as ATLAS and CMS is important for a variety of reasons. Online, the luminosity measurement provides real-time feedback on the LHC performance and operation and is crucial to optimize the experiments operations such as setting and adjustment of the trigger prescale factors. Offline, the uncertainty on the luminosity is a relevant source of systematics in all cross-section measurements and for potential observations of new physics: in particular for precision measurements it proves to be a dominant effect. During the whole LHC running period many steps forward have been made in the comprehension of the uncertainties related to luminosity monitoring and calibration, which led to an unprecedented accuracy at hadron colliders. In this presentation, the main luminosity monitors of both ATLAS and CMS are described, together with the method adopted for their absolute calibration. The main systematic uncertainties affecting the luminosity measurement and the final precision obtained by ATLAS and CMS will be presented. Finally perspectives on the luminosity measurement at HL-LHC will be discussed.

Speaker: Sara Valentinetti (BO)

IFAE2019.pdf

95 Stato di CMS e piani di upgrade per High-Luminosity LHC

Il rivelatore CMS, in funzione da quasi dieci anni con prestazioni eccellenti, ha consentito alla collaborazione di produrre un grande numero di risultati, dalla scoperta del bosone di Higgs e la misura delle sue proprietà alla determinazione di limiti stringenti sull’esistenza di fisica oltre il Modello Standard. Saranno brevemente discussi i risultati più rilevanti in termini di fisica e di prestazioni del rivelatore. Nel 2025, dopo il Run 3 di LHC, partirà il progetto High Luminosity LHC. La luminosità istantanea aumenterà in modo significativo; l’aumento dell’irraggiamento dei componenti, la maggiore densità di tracce e di ht nei rivelatori e il rate di eventi prodotti richiede un estensivo piano di upgrade, chiamato “Phase 2”, che riguarda tutti i sotto-rivelatori dell’esperimento. Saranno discussi gli upgrade proposti mostrando risultati derivanti dalle simulazioni, che dimostrano come sarà possibile mantenere, o addirittura migliorare, le prestazioni del rivelatore anche nelle difficili condizioni di presa dati che saranno presenti a HL-LHC.

Speaker: Luigi Guiducci (BO)

IFAE_CMSRun2_Phase2_Guiducci_v2.pdf

96 Upgrade del Sistema per Muoni dell’esperimento CMS con rivelatori a Tripla GEM

Durante il Run-2 il Large Hadron Collider (LHC) ha fornito luminosità istantanee fino a 2 x 10^34 cm-2s-1, doppie rispetto alla luminosità iniziale di progetto. Durante LS2 l’intero acceleratore verrà potenziato in vista del Run-3 e del futuro High Luminosity LHC (HL-LHC) che si prevede inizierà la presa dati nel 2025 con una luminosità istantanea di 5 x 1034 cm-2s-1, che raggiungerà i 7.5 x 1034 cm-2 s-1 con successivi potenziamenti. L’alta luminosità comporterà un innalzamento delle rate di background. Per gestire il fondo e mantenere la frequenza di trigger a un livello accettabile al fine di non intaccare le potenzialità di scoperta dell’esperimento, la regione in avanti del sistema per muoni del Compact Muon Solenoid verrà potenziato con l’installazione di rivelatori a Gas Electron Multiplier (GEM) e Resistive Plate Chamber (RPC). Nel 2019 verranno installati dei rivelatori a tripla GEM nella prima stazione del rivelatore per muoni dell’endcap, mentre una seconda stazione sarà installata nel 2021-2022. Inoltre, al fine di allargare l’accettanza del rivelatore, si sta considerando l’installazione di una terza stazione GEM da collocarsi immediatamente dopo il nuovo Calorimetro ad Alta Granularità durante LS3 (2023-2024). Presenteremo una panoramica del progetto di upgrade del sistema per muoni di CMS: l’esperienza maturata durante l’installazione di prova fatta nel 2017 (“slice test”), la produzione e i controlli di qualità effettuati sulle 144 camere a tripla-GEM realizzate per la prima stazione, la progettazione dei futuri upgrade con rivelatori GEM previsti fino al 2024 con previsioni sulla loro produzione e qualificazione.

Speaker: Federica Simone (UniBa)

fsimone_IFAE2019_final.pdf

97 Il nuovo tracciatore di CMS per la fase di altà luminosità di LHC

LHC prevede un programma di aggiornamento per portare la luminosità istantanea a circa 5·1034 cm−2s−1 nel 2026, raccogliendo così una luminosità integrata di circa 3000 fb−1 durante l’intero periodo di presa dati.
Questo scenario di alta luminosità di LHC (HL-LHC) richiederà un’intensa preparazione da parte degli esperimenti per preparare i propri rivelatori. Sia l’attuale tracciatore a strip di CMS che il più recente rivelatore a pixel non potrebbero sopravvivere alle condizioni di radiazione attese per HL-LHC. CMS quindi avrà bisogno di un sistema tracciante completamente nuovo, che sia in grado di sfruttare a pieno le condizioni operative mantenendo buone prestazioni durante l’intera presa dati.
Il rivelatore consisterà di due componenti: tracciatore interno (IT) basato su moduli a pixel di silicio e tracciatore esterno (OT) che sarà composto da moduli in silicio con sensori a strip e macro-pixel.
Il nuovo tracciatore esterno coprirà una zona di accettanza maggiore rispetto a quanto fatto dall’attuale rivelatore, e sarà utilizzato anche come trigger di L1. I moduli sono stati completamente ri-disegnati rispetto a quelli esistenti, con un’intensa attività di R&D che è stata necessaria per studiare le migliori soluzioni.
Le scelte di progetto per l’aggiornamento del tracciatore saranno quindi discusse in questa presentazione, insieme ad alcuni punti salienti sulle scelte tecnologiche fatte.

Speaker: Cristiano Turrioni (PG)

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98 Assemblaggio e validazione delle camere MicroMegas SM1 per l'upgrade dello spettrometro a muoni dell'esperimento ATLAS ad LHC

La tecnologia dei rivelatori Micromegas (MICRO MEsh GAseous Structure) è stata scelta per i nuovi tracciatori di precisione previsti per l’upgrade dello spettrometro a muoni dell’esperimento ATLAS, nell’ambito del progetto New Small Wheel (NSW). Tali rivelatori forniscono efficienze superiori al 95% e permettono di lavorare ad elevati rate di particelle (15 kHz/cm$^2$), facendo fronte così all’aumento di luminosità previsto per le prossime fasi dell’esperimento (Phase I e Phase II). L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) è coinvolto nella costruzione di 32 camere Micromegas per il settore piccolo della NSW (SM1). Le camere sono di forma trapezoidale con una superficie di 2 m$^2$ e sono costituite da quattro gap, formando così un quadrupletto, e ciascuna gap è formata da un piano catodico, una micro-mesh metallica ed un piano anodico, dove si trova il piano di lettura. Il quadrupletto è quindi costituito da cinque pannelli, due dei quali contengono i quattro piani di lettura, che forniscono la coordinata di precisione ($\eta$) e la seconda coordinata stereo ($\pm1.5^{\circ}$), e tre pannelli di drift, costituiti dalla micro-mesh e dal piano catodico.
Presso i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) è stato sviluppato un sistema di assemblaggio delle camere che garantisce l’allineamento dei piani di lettura, insieme ad una procedura di validazione per testarne il funzionamento. Tali procedure verranno presentate insieme ai risultati dei test di validazione effettuati a Frascati per i moduli SM1 prodotti.

Speaker: Chiara Arcangeletti (L)

IFAE_Arcangeletti.pdf

99 Studio delle prestazioni delle camere MicroMegas di tipo SM1 per l’upgrade dello spettrometro a muoni nella regione in avanti dell’esperimento ATLAS ad LHC

Le MICRO MEsh GAseous Structure, MicroMegas (MM), sono dei rivelatori a gas a micro-pattern estremamente innovativi, progettati per ottenere una elevata risoluzione spaziale ($\sigma_{x}$ ~ 100 $\mu$m) ed un’alta efficienza (> 95%) in ambienti altamente irradiati ($\Phi$ ~ 15 kHz/cm$^2$).
Per questo motivo, queste camere sono state scelte come rivelatori di precisione per l'upgrade dello spettrometro a muoni dell'esperimento ATLAS (progetto New Small Wheel, NSW), in vista dell’aumento di luminosità di LHC previsto per il Run 3 e per HL-LHC (High Lumi LHC).
La NSW sostituirà la stazione più interna nella regione in avanti dello spettrometro a muoni di ATLAS. Essa sarà composta da due tecnologie diverse di rivelatori: le MM e le sTGC (small Thin Gap Chamber) per fornire informazioni sia al trigger di ATLAS sia per la ricostruzione della traccia.
La NSW ha una struttura a ruota ed è composta da 8 grandi settori (LM) e 8 piccoli settori (SM). Per garantire ridondanza, ogni settore sarà formato da 2 camere MM e due sTGC con 4 piani ognuna per un totale di 16 punti per traccia.
Sono attualmente in costruzione quattro tipologie di camere MM chiamate LM 1-2 e SM 1-2 (in riferimento ai settori della ruota che compongono), la cui produzione è distribuita tra diverse industrie e istituti: Italia (SM1), Germania (SM2), Francia (LM1), Grecia e Russia (LM2). Tutte le camere saranno di forma trapezoidale, con aree di 2÷3 m$^2$.
Ogni camera MM, composta da 4 piani di lettura, fornirà informazioni sulla della coordinata di precisione in ATLAS ($\eta$) e, attraverso i due piani con lettura stereo ($\pm 1.5^{\circ}$), anche della seconda coordinata ($\phi$).
In questa presentazione verranno mostrate le procedure di validazione delle camere nonché i risultati ottenuti sui primi moduli MM SM1 presso lo stand di raggi cosmici dei Laboratori Nazionali di Frascati.

Speaker: Luca Martinelli (ROMA3)

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100 Il sistema di tracciamento di ATLAS per HL-LHC

The current Inner Detector of the ATLAS experiment will be replaced with a new, all-silicon detector to cope with the tough environment of the High Luminosity LHC (HL-LHC). The instantaneous luminosity of HL-LHC (a factor 5 to 7.5 higher than LHC) would results in harder conditions for the detector: increase in occupancy, bandwidth and radiation damage. The Inner Tracker (ITk) will consist of an inner pixel and outer strip detector aiming to provide tracking coverage up to $ |\eta|$=4. The layout of the pixel detector is now finalized with five layers of pixel silicon sensor modules in the central region and several ring-shaped layers in the forward region: tracking and vertexing performance are expected to be similar or better to the current tracking system in a much harsher environment. Due to their radiation hardness, 3D sensors are a promising option for the innermost pixel layer while in the other layers planar sensors will be used. The required very high hit-rate capabilities, increased pixel granularity, extreme radiation hardness, and reduced material budget call for a device downscale as compared to existing sensors, involving smaller pitch (e.g., 50$\times$50 or 25$\times$100 $\mu$m$^2$), reduced active thickness ($\sim$ 100-150 $\mu$m), lower power consumption. All hybrid detector modules will be read out by a new front-end chip, developed within the RD53 Collaboration, implemented in 65nm CMOS technology, connected to the silicon sensors using bump bonding (bump bond density: 4∙10$^4$ pixels per cm$^2$). The talk will give an overview of the layout and current status of the development of the ITk Pixel Detector.

Speaker: Alessandro Lapertosa (GE)

19-Apr ITk IFAE v6.pdf

101 Il rivelatore RICH dell'esperimento LHCb a LHC tra presente e futuro

LHCb è uno dei quattro grandi esperimenti che operano a LHC ed è dedicato soprattuto a misure di violazione CP e alla ricerca di nuova fisica in decadimenti rari di adroni contenenti quark pesanti. I dati dei due rivelatori RICH (Ring Imaging Cherenkov) sono essenziali per identificare gli adroni carichi nello stato finale in una ampia finestra di impulso.
I rivelatori RICH hanno operato continuamente, fornendo un'eccellente identificazione di particelle (PID), ad una luminosità di $\sim 4 \times 10^{32}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$ fino a fine 2018 (fine di Run2 e inizio della fase di Long Shutdown 2). Per poter operare ad una luminosità di $\sim 2 \times 10^{33}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$ dall'inizio del 2021 (inizio fase di Run3) il rivelatore RICH deve essere aggiornato. I fotorivelatori HPD (Hybrid Photon Detectors) saranno sostituiti da fotomoltiplicatori a multianodo. Inoltre sono state effettuate modifiche all'ottica del rivelatore e si è sostituita l'elettronica di lettura per poter acquisire dati ad una frequenza di 40 MHz.
Nella presentazione verranno mostrati i risultati dei test effettuati per la caratterizzazione della catena optoelettronica completa, dai fotomoltiplicatori al sistema di acquisizione e lo stato attuale della messa in funzione e calibrazione del rivelatore.
L'inizio di HL-LHC a partire dal 2027 fornisce un'opportunità per un ulteriore incremento della luminosità a valori di $\sim 10^{34}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$. Per poter operare in queste
condizioni diventa necessario un ulteriore aggiornamento (fase 2 dell'aggiornamento) dei rivelatori RICH.
In questa presentazione verranno mostrati lo stato della caratterizzazione e validazione dei possibili candidati fotorivelatori. Verrano anche discusse nuove idee per migliorare l'efficienza di PID usando le informazioni temporali fornite dai fotorivelatori.

Speaker: Mr Matteo Bartolini (Università e INFN Genova)

ifae2019_MB.pdf

102 Misura della massa del W con tecniche di Big Data in CMS

Una misura di precisione della massa del bosone W costituisce uno dei principali obiettivi dell’attuale programma di CMS. Il risultato pubblicato da ATLAS e’ sistematicamente limitato dalla modellizzazione della produzione del W nelle simulazioni MonteCarlo, ossia delle sue distribuzioni di rapidita’ e impulso trasverso e della polarizzazione.

Nonostante le comunità sperimentale e teorica lavorino da tempo in sinergia per produrre un unico MonteCarlo in grado di descrivere tutte queste osservabili simultaneamente al livello di precisione richiesto, resta al momento molto difficile migliorare le sistematiche della misura di ATLAS con una misura tradizionale. Con spirito critico e innovativo, abbiamo studiato una nuova procedura di analisi che consente di misurare la massa del W insieme alla sezione d’urto di produzione differenziale nelle variabili di interesse, che viene quindi misurata direttamente dai dati e non inferita dal MonteCarlo usato nell’analisi.

Per raggiungere la precisione necessaria e’ necessario analizzare i dati raccolti dall'esperimento CMS durante l’intero Run 2: processare un miliardo di eventi di decadimento del W in muone e neutrino piu’ volte e in una scala di tempi finita e gestibile.

In questo intervento forniremo un breve sommario della procedura di analisi e quindi ci concentreremo sulle nuove tecniche di computing messe a punto in collaborazione con il Software Team del CERN per analizzare velocemente un numero elevatissimo di eventi.

Speaker: Elisabetta Manca (Scuola Normale Superiore, INFN Pisa & CERN)

WMass_IFAE2019.pdf

103 Algoritmi veloci di Deep Learning su processori FPGA per il trigger di Muoni di L0 nella fase-II dell’esperimento ATLAS a LHC

Il livello-0 del sistema di trigger per muoni dell’esperimento ATLAS verrà profondamente aggiornato al fine di funzionare efficacemente nelle condizioni impegnative di rumore attese a HL-LHC. Il nuovo sistema di trigger invierà i dati raw prodotti dai rivelatori RPC ad un sistema di processori posti lontano dal rivelatore, in cui innovativi algoritmi di trigger verranno eseguiti su una nuova generazione di Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs). Processori FPGA rappresentano una soluzione ottimale in tale contesto per la loro flessibilità, per l’ampia disponibilità di risorse logiche e per l’alta velocità di processamento dei dati. In tale contesto sono stati sviluppati e studiati diversi algoritmi innovativi di ricostruzione di muoni, basati su nuove architetture di reti neurali profonde (basate su reti ternarie fully Connected e su CNN con neuroni ad uscita ternaria), ottimizzate per essere eseguite su FPGA e per funzionare efficacemente con dati altamente “sparsificati”. Nella presentazione verrà illustrata l’innovativa tecnica di trigger, e verranno presentate sia le prestazioni raggiungibili di fisica (efficienza e fake-rate), sia l'uso di risorse e latenza degli algoritmi su FPGA di ultima generazione.

Speaker: Luigi Sabetta (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

IFAE_2019_Sabetta.pdf

13:00 Pausa pranzo

Frontiera dell'Intensità

104 Semileptonic B decays at LHCb

Semileptonic decays of beauty hadrons have recently attracted great interest due to some persistent anomalies which have been found by BaBar, Belle and LHCb. Comparisons of decay rates of $B$ mesons to final states with a tau or a muon are in tension with the expectation from the Standard Model, thus providing hints on lepton-flavour non-universality, implying the existence of new physics effects. The LHCb experiment is in an excellent position to perform such measurements, owing to the enormous amount of semileptonic b-hadron decays collected during the LHC runs 1 and 2. In this talk, the challenges to perform analyses of semileptonic $B$ decays at a hadron collider will be outlined, and the latest LHCb results will be presented.

Speaker: Fabio Ferrari (BO)

IFAE2019_DecadimentiBSemileptonici_FabioFerrari_v2.pdf

105 Anomalie nei decadimenti rari di adroni $b$

I decadimenti elettrodeboli degli adroni contenenti un quark $b$ forniscono un ricco laboratorio per ricercare le tracce di nuove particelle massive predette da numerose estensioni del Modello Standard. L'esperimento LHCb al CERN studia questi processi con una precisione mai raggiunta prima, sfruttando la grande quantità di quark $b$ prodotti nelle collisioni protone-protone a LHC. In particolare, i decadimenti che implicano una corrente neutra con cambiamento di sapore $b\to s$ sono estremamente rari e di conseguenza molto sensibili a piccoli contributi di nuove particelle, che potrebbero essere sfuggiti a precedenti studi di precisione del Modello Standard.

Alcuni risultati recenti della collaborazione LHCb hanno individuato delle interessanti anomalie in questi decadimenti, misurando una serie di osservabili di cui esistono precise predizioni del Modello Standard. Prese singolarmente queste deviazioni non sono statisticamente significative, ma nel loro insieme sembrano indicare coerentemente un contributo di una nuova interazione che violerebbe l'universalità leptonica e meritano quindi uno studio più ravvicinato.

Nel mio contributo, mi propongo di riassumere i risultati ottenuti dall'esperimento LHCb nei decadimenti rari degli adroni contenenti un quark $b$, concentrandomi nelle sofisticate tecniche sperimentali necessarie per fare queste misure. Inoltre, vorrei discutere le misure che saranno possibili usando il nuovo set di dati appena finito di registrare e quello che sarà ottenuto grazie all'upgrade dell'esperimento LHCb nel 2021.

Speaker: Dr Martino Borsato (Physikalisches Institüt Heidelberg)

Borsato_anomalieLHCb.pdf

106 Stato dell'Esperimento Belle II

L'esperimento Belle II al collisionatore elettrone-positrone SuperKEKB fornirà un campione di dati sperimentali 50 volte superiore a quello raccolto dalla precedente generazione di B-factories BaBar e Belle. Durante il periodo Aprile-Luglio 2018 (Fase 2) è stato effettuato un run prelminare di presa dati a bassa luminosità per la messa in funzione dell'acceleratore e del rivelatore e per la misura del fondo macchina. A Marzo del 2019 l'esperimento ha iniziato la sua Fase 3, primo run di fisica con il rivelatore completo. In questo contributo si descrive lo stato dell'esperimento e il programma di fisica del sapore, che, grazie alle caratteristiche uniche delle collisioni elettrone-positrone, è in molti aspetti complementare e in molti altri competitivo nei confronti delle ricerche condotte ad LHC.

Speaker: Giacomo De Pietro (INFN and Univ. Roma Tre)

DePietro_IFAE_2019.pdf

107 Leptoquarks in B-meson anomalies: simplified models and HL-LHC reach

I wil discuss simplified models with leptoquarks, which can explain recent anomalies in B-meson physics and I will indicate the High-Luminosity LHC prospects for testing these theories, with a special focus to the efficient channel of pair leptoquark production in the t-tbar plus missing energy final state.

Speaker: Natascia Vignaroli (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

ifae-vignaroli.pdf

108 General correlations to $b \to s \mu ^+ \mu ^-$ anomalies from a rank condition

We assume that the New Physics addressing neutral-current $B$-meson anomalies couples to a single direction in quark flavor space, i.e. that the Wilson coefficient matrix of the relevant semi-leptonic operators be of rank one. By correlating the observed anomalies to other flavor and high-$p_T$ observables, we constrain the possible flavor directions involved in our assumption.

Speaker: Mr Valerio Gherardi (Sissa)

109 Nuova fisica in $b\to c \tau \nu$: Impatto degli osservabili di polarizzazione e di $B_c \to \tau \nu$

In questo intervento si esamina lo stato della nuova fisica nelle transizioni $b\to c\tau\nu$, mediante l'utilizzo di operatori effettivi a quattro fermioni. Si presentano i risultati dei fit per quelle combinazioni di coefficienti di Wilson generate dallo scambio di una singola nuova particella a livello albero. I fit includono la recente misurazione di FL(D*). Particolare enfasi è posta sul limite imposto al tasso di decadimento di $B_c\to \tau\nu$. Verrà inoltre introdotta una regola di somma fra i rapporti di ramificazione $\text{BR}(B\to D \tau\nu)$, $\text{BR}(B\to D^* \tau\nu)$ e $\text{BR}(\Lambda_b\to \Lambda_c \tau\nu)$ che vale per qualsiasi contributo di nuova fisica ai coefficienti di Wilson e prevede un incremento di $\text{BR}(\Lambda_b\to \Lambda_c \tau\nu)$ rispetto al Modello Standard. Verranno discusse le correlazioni tra gli osservabili di polarizzazione in $B\to D\tau\nu$, $B\to D^* \tau\nu$ e la loro capacità di distinguere diversi scenari di nuova fisica. L'intervento si basa sui risultati pubblicati su https://arxiv.org/abs/1811.09603.

Speaker: Marta Moscati (Karlsruhe Institute of Technology)

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110 Misura dei parametri di violazione della simmetria CP nei decadimenti $B_s^0 \to J/\psi K^+ K^-$ e $B_s^0 \to J/\psi \pi^+ \pi^-$ a LHCb

Misure di precisione dei parametri di mescolamento e di violazione della simmetria CP nel sistema dei mesoni $B_s^0$-$\overline{B}_s^0$ permettono di studiare la presenza di possibili contributi di fisica non prevista dal Modello Standard (MS). In particolare, la fase di violazione di CP che emerge dall'interferenza tra il decadimento diretto in uno stato finale autostato di CP e il decadimento a seguito del mescolamento $B_s^0$-$\overline{B}_s^0$, nota come $\phi_s$, a causa del suo piccolo e preciso valore nel MS rappresenta uno dei test più significativi nella ricerca di nuova fisica.
In questa presentazione, verranno mostrate le più recenti misure di $\phi_s$ ottenute utilizzando un campione di collisioni $pp$ acquisito ad LHCb ad un'energia nel centro di massa di $\sqrt{s}=13$ TeV durante il periodo 2015-2016, corrispondente ad una luminosità integrata di $1.9$ fb$^{-1}$. Tali misure sono ottenute mediante un'analisi angolare e dipendente dal tempo di decadimento con identificazione dello stato iniziale nei canali di decadimento $B_s^0 \to J/\psi K^+ K^-$ e $B_s^0 \to J/\psi \pi^+ \pi^-$.
Verranno mostrati i valori ottenuti per $\phi_s$ nei due canali, così come il valore della differenza tra le larghezze di decadimento tra gli autostati di massa del sistema $B_s^0$-$\overline{B}_s^0$, $\Delta \Gamma_s$ e la differenza tra le larghezze di decadimento dei mesoni $B^0_s$ e $B^0$, $\Gamma_s - \Gamma_d$. Tali misure rappresentano ad oggi le singole misure più precise di tali quantità e sono combinate con i risultati ottenuti analizzando i dati acquisiti nel 2011-2012 da LHCb.

Speaker: Piera Muzzetto (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

IFAE_2019 _Piera_Muzzetto.pdf

111 Misura dell’angolo 𝛾 con analisi del tempo di decadimento di mesoni B in stati finali con quark Charm a LHCb

L’angolo Gamma è l’unica fase complessa della matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa che può essere misurata a livello albero nei decadimenti deboli dei mesoni B contenenti il quark “Beauty”. Per questo motivo non ci si aspetta che essa ricevi contributi importanti da nuova fisica e rappresenta perciò un test stringente del Modello Standard quando comparata con altre fasi misurabili solamente in processi di ordine superiore. L’analisi del tempo di decadimento dei mesoni B neutri in mesoni contenenti il quark “Charm” permette di estrarre il valore di Gamma dai coefficienti delle equazioni di evoluzione temporale che governano il decadimento e le oscillazioni dei mesoni B nella loro controparte di antimateria. La strategia è complementare alle misure integrate nel tempo e sfrutta tutte le principali caratteristiche con cui l’esperimento LHCb è stato costruito. Gli aspetti sperimentali verranno discussi assieme ai più recenti risultati e le prospettive per la misura di Gamma con l’intero insieme di dati raccolto ad oggi da LHCb.

Speaker: Mr Michele Veronesi (Nikhef (NL))

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112 Vcb dai decadimenti semileptonici inlcusivi del B: un metodo alternativo

La misura $V_{cb}$ nei decadimenti semileptonici inclusivi del B si basa sull'espansione in quark pesante, la quale permette di predire le osservabili fisiche tramite un'espansione in $\Lambda_{QCD}/m_b$ in termini di un insieme di parametri non perturbativi che devono essere fittati dai dati sperimentali. Tali osservabili sono la larghezza totale di decadimento e i momenti della distribuzione in energia dell'elettrone e la massa invariante del sistema adronico nello stato finale.

L'attuale incertezza su $V_{cb}$ è del 2% e la teorica considera termini fino a $1/m_b^3$. Per scendere sotto l'1%, correzioni di ordine $1/m_b^4$ e $1/m_b^5$ devono essere incluse. Tuttavia a partire da $1/mb^4$, l'estrazione degli input non perturbativi dai dati si complica perché il loro numero cresce esponenzialmente. Una loro stima a priori basata su modelli ad hoc diventa quindi inevitabile.

In questo talk discuterò un approccio alternativo. L'invarianza per riparametrizzazione, una simmetria della teoria effettiva di quark pesante, riduce il numero di parametri per la larghezza totale di decadimento e i momenti del $q^2$ (i momenti dello spettro della massa invariante leptonica). Ciò suggerisce la possibilità di estrarre $V_{cb}$ misurando i momenti del $q^2$, includendo correzioni almeno di ordine $1/m_b^4$. Poiché per queste osservabili il numero di parametri da fittare si riduce, questo metodo potrebbe aprire la strada ad una determinazione di $V_{cb}$ fino a $1/m_b^4$ basata interamente sui dati, senza la necessita di una stima di questi termini di ordine superiore. Un'analisi è possibile già con dati di BABAR e Belle, e in futuro Belle-II permetterebbe di migliorare ulteriormente l'incertezza sperimentale.

Speaker: Matteo Fael (Siegen University)

faelIFAE.pdf

16:00 Pausa caffè

Cosmologia ed Astroparticelle

113 Entering the multi messenger area of Astronomy

Gravitational wave detectors have just finished two observative runs during which several events have been detected. Starting from the first detection, on September 14ht 2015, a coalescence of binary black holes, an extensive follow-up of electromagnetic and neutrino detectors has been performed over the sky directions given by the gravitational wave reconstruction. After Virgo joined the run, the performances about the sky directions dramatically improved, allowing the furnish more feasible area in the sky for a joint search. The detection of the first binary neutron star on August 17th 2017, followed by the detection of a Gamma-Ray burst detection by FERMI and INTEGRAL, started the most extensive observational campaign involving more than a hundred telescopes. The presentation will give an overview over these milestones, focusing on the astrophysical implication of the results.

Speaker: Marco Drago (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

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114 Status of dark matter searches

I will review the current status of dark matter searches and the possible hints for dark matter signals, with a particular emphasis on astrophysical probes.
I will briefly discuss different classes of dark matter candidates and future prospects for detection.

Speaker: Marco Taoso (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

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115 Ultimi risultati di rivelazione diretta di materia oscura con l'esperimento DarkSide

Il problema della materia oscura è uno dei misteri irrisolti di più grande interesse nell’ambito della ricerca della fisica di alte energie. L’ipotesi dell’esistenza di una particella elementare di materia oscura ha mosso la comunità verso la rivelazione di una sua interazione con le particelle del Modello Standard. Tra gli esperimenti esistenti, quelli di rivelazione diretta rivestono un ruolo essenziale. Nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, DarkSide-50, una TPC a doppia fase che sfrutta l’argon liquido come bersaglio, sta osservando il nostro universo in attesa di un segnale di materia oscura. A oggi, questo esperimento è riuscito a porre dei limiti alla sezione d'urto di interazione debole materia oscura-nucleone a circa $10^{-44}\ \mathrm{cm}^2$ per masse di $100\ \mathrm{GeV}/\mathrm{c}^2$. Con una nuova analisi è stato possibile indagare masse inferiori, dell'ordine di qualche $\mathrm{GeV}/\mathrm{c}^2$, riuscendo a escludere sezioni d'urto di $10^{-42}\ \mathrm{cm}^2$. Inoltre, sfruttando i così detti modelli leptofilici, è stato possibile indagare regimi di massa ancora più bassa tramite l'interazione tra la materia oscura e gli elettroni del bersaglio.
In questa presentazione verranno presentate in breve le suddette analisi entrando nei particolari del modello di interazione tra materia oscura e gli elettroni legati agli atomi di argon.

Speaker: Emmanuele Picciau (CA)

IFAE_2019_Emmanuele_Picciau.pdf

116 Nuove frontiere per la caccia all'assione

Four decades after its prediction the axion remains the most compelling solution to the strong CP problem and a well motivated dark matter candidate, inspiring several ultrasensitive experiments based on axion-photon mixing. After reviewing the axion solution of the strong CP problem and the experimental landscape of axion searches, I will focus on some recent developments in axion model building which suggest that the QCD axion parameter space is much larger than what traditionally thought. The implications for astrophysical limits and future detection experiments will be discussed as well.

Speaker: Luca Di Luzio (Università di Pisa)

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117 Primi risultati indipendenti da modello di DAMA/LIBRA–phase2

Saranno presentati i primi risultati ottenuti dall'esperimento DAMA/LIBRA–phase2. I dati sono stati raccolti in 6 cicli annuali indipendenti nel laboratorio sotterraneo del Gran Sasso per una esposizione complessiva di 1.13 tonnellate × anno. L'apparato sperimentale DAMA/LIBRA–phase2 è basato su circa 250 kg di cristalli scintillatori NaI(Tl) di elevata radiopurezza, ma, rispetto a DAMA/LIBRA-phase1, utilizza dei fotomoltiplicatori di seconda generazione ad alta efficienza quantica ed una rinnovata elettronica. La migliore configurazione sperimentale ha permesso di abbassare la soglia energetica software dell'esperimento. Nella regione energetica (1–6) keV, i dati di DAMA/LIBRA–phase2 confermano la presenza di un segnale che soddisfa tutti i requisiti della marcatura indipendente da modelli della modulazione annuale della Materia Oscura, con un livello di confidenza di 9.5 sigma. Nella regione energetica (2-6) keV, esplorata anche dai precedenti esperimenti DAMA/NaI e DAMA/LIBRA–phase1, il livello di confidenza raggiunto per l'esposizione complessiva di 2.46 tonnellate × anno è pari a 12.9 sigma.

Speaker: Fabio Cappella (ROMA1)

Cappella.pdf

118 Heating up Neutron Stars with Dark Matter

Le stelle di neutroni catturano particelle di materia oscura in modo molto efficiente e quindi possono essere uno strumento utile per scoprire le proprietà della suddetta materia oscura . Attraverso la cattura, la stella di neutroni assorbe energia e quindi si ha come effetto un riscaldamento di quest’ultima. In assenza di altre fonti di riscaldamento, questo meccanismo da solo comporta una temperatura minima per la stella di neutroni, che dipende dalla sezione d’urto della materia oscura sul singolo nucleone. La presenza del forte campo gravitazionale fa si che la materia oscura, prima di raggiungere la stella, venga accelerata a velocita relativistiche. Questo rende la cattura piu efficiente sia per operatori che per Direct Detection (DD) sono momentum-suppressed, sia nel caso di scattering inelastico. In particolare, nel caso delle stelle di neutroni e’ possibile avere una cattura efficiente fino a mass splittings di circa 300MeV, molto piu alti di quelli possibili negli esperimenti di DD. In questo talk verranno analizzati sia il caso in cui la materia oscura sia baryophilic, con scattering sia elastico che inelastico, sia nel caso in cui sia bariophobic e leptophylic.

Speaker: Giorgio Busoni (The University of Melbourne)

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119 Ricerca di materia oscura con l'esperimento XENON1T

La ricerca di materia oscura rappresenta ad oggi uno dei campi della fisica più attivi. Il Progetto XENON affronta da oltre un decennio la sfida della ricerca diretta di materia oscura sfruttando una tecnica di rivelazione basata su camere a proiezione temporale (TPC) a doppia fase (liquido-gas) con una massa bersaglio di xenon.
L'esperimento XENON1T, con una massa attiva pari a 2000 kg di xenon liquido (LXe), ha aperto l'era dei rivelatori di materia oscura sulla scala delle tonnellate. Collocato nei laboratori sotterranei del Gran Sasso, XENON1T ha raccolto dati per una esposizione totale di 1.0 tonnellata-anno, fra Novembre 2016 e Febbraio 2018. Il risultato dell'analisi dati per la ricerca di WIMP (la classe di particelle più investigata come possibile componente della materia oscura) ha escluso valori di sezione d'urto WIMP-nucleone fino a un minimo di $4.1\cdot10^{-47}$ cm$^2$, per WIMP di massa 30 GeV/c$^2$, migliorando i più stringenti limiti di esclusione mai ottenuti per WIMP di massa superiore a 6 GeV/c$^2$.
Il livello di background raggiunto da XENON1T, pari a $82^{+5}_{-3} \, (syst) \pm 3 \, (stat)$ (t$\cdot$y$\cdot$keV)$^{-1}$ dovuto a interazioni elettromagnetiche, è il più basso di sempre fra i rivelatori diretti di materia oscura.
Un'ulteriore riduzione del background è prevista con il rapido upgrade al rivelatore XENONnT, che entrerà in funzione nel corso di quest'anno. Con 6 tonnellate di LXe attivo, XENONnT si propone di migliorare di un ordine di grandezza la sensibilità ad interazioni di WIMP in 5 anni di acquisizione dati.

Speaker: Pietro Di Gangi (BO)

IFAE2019-xenon1t-digangi.pdf

Wednesday, 10 April

Cosmologia ed Astroparticelle

120 Bounds on the Dark Matter lifetime from Cosmic Dawn

The observation of the cosmic 21-cm spectrum can serve as a probe for Dark Matter properties. We point out that the knowledge of the signal amplitude at a given redshift allows one to put conservative bounds on the DM decay rate which are independent of astrophysical parameters. Using the experimental results reported by the EDGES collaboration, we derive bounds that are stronger than the ones derived from other CMB observations and competitive with the ones from indirect detection.

Speaker: Andrea Mitridate (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

IFAE 19.pdf

121 Una parametrizzazione generale per testare cosmologie "non standard" a piccole scale cosmologiche

Lo studio della formazione di strutture cosmologiche a piccole scale rappresenta un'importante frontiera per la ricerca della materia oscura.
Finora, svariati candidati particellari di materia oscura "non fredda" sono stati proposti in modo da riprodurre meglio la formazione e distribuzione di strutture a piccole scale cosmologiche, rispetto al modello cosmologico standard.
I dettagli della soppressione di potenza dovuta alla natura "non standard" della materia oscura dipendono dalle caratteristiche fondamentali del candidato. Cio' permette di stabilire un collegamento diretto tra i modelli di fisica particellare e le osservazioni astrofisiche.
Tuttavia, la maggior parte dei limiti ottenuti finora si riferiscono ad una specifica forma dello spettro di potenza, corrispondente al caso di materia oscura tiepida e termalizzata.
Ciononostante, molti dei candidati particellari piu' plausibili di materia oscura non sono caratterizzati da una distribuzione termica dei loro momenti.
Nel mio intervento presentero' un nuovo metodo generale, efficiente per testare candidati di materia oscura "non standard", siano essi termalizzati o meno. Tale metodo si basa su una parametrizzazione molto flessibile, in grado di riprodurre le caratteristiche dello spettro di potenza a piccole scale associate ad un gran numero di candidati di materia oscura "non standard" (e.g., neutrini sterili, assioni ultra-leggeri, materia oscura interagente).
Discutero' anche i primi limiti astrofisici su tale parametrizzazione, ottenuti dalla foresta Lyman-alpha e automaticamente traducibili in limiti sulle proprieta' fondamentali dei vari modelli (astro)particellari senza bisogno di lanciare alcuna nuova simulazione cosmologica.

Speaker: Riccardo Murgia (T)

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122 Misura del flusso dei nuclei nei Raggi Cosmici con lo spettrometro magnetico AMS-02 sulla Stazione Spaziale Internazionale

La misura del flusso dei nuclei nei raggi cosmici (RC) è di fondamentale importanza in quanto fornisce una conoscenza dettagliata dell'origine e propagazione dei raggi cosmici. AMS-02 è uno spettrometro magnetico realizzato per lo studio di precisione della composizione e dello spettro energetico dei raggi cosmici dal GeV al TeV. Grazie alla grande accettanza e al lungo tempo di esposizione, AMS-02 è in grado di misurare il flusso di numerose specie di RC e di studiarne dettagliatamente la variazione di indice spettrale in funzione della rigidità. AMS-02 stato installato il 19 Maggio 2011 sulla Stazione Spaziale Internazionale ed è in continua presa dati da allora. In 8 anni di operazioni, ha raccolto oltre 135 miliardi di raggi cosmici sia primari che secondari. I raggi cosmici primari, come p, He, C e O, vengono principalmente prodotti e accelerati da esplosioni di supernovae, mentre i raggi cosmici secondari, come Li, Be e B vengono prodotti attraverso le collisioni di nuclei più pesanti con mezzo interstellare.
In questo contributo verranno presentate misure sulla composizione e caratteristiche degli spettri energetici delle componenti nucleari dei RC, dall'idrogeno fino all'ossigeno, per valori di rigidità compresi tra 2 GV e 3.3 TV. Nel contributo, verrà inoltre presentata la misura dell’evoluzione temporale dei flussi di carbonio ed ossigeno, durante il periodo compreso tra Maggio 2011 e Maggio 2018. Tale misura può fornire importanti informazioni riguardo la propagazione dei RC all’interno dell’Eliosfera.

Speaker: Federico Donnini (ROMA2)

FedericoDonnini_IFAE2019.pdf

123 Anisotropia dei raggi cosmici di altissima energia nei dati dell'Osservatorio Pierre Auger

La comprensione dell'origine dei raggi cosmici di altissima energia ha come strumento più naturale lo studio delle loro direzioni d'arrivo. Questa ricerca è complicata dal fatto che i raggi cosmici, essendo particelle cariche, sono deflesse dai campi magnetici Galattici ed extra-galattici. L'Osservatorio Pierre Auger, situato in Argentina, raccoglie dati sui raggi cosmici di energia dell'ordine di $ 10^{17}\; $eV e oltre da più di 15 anni. Verranno riassunti i principali risultati ottenuti da Auger nello studio delle direzioni di arrivo, tra cui la prima osservazione di un'anisotropia su larga scala che è compatibile con una distribuzione extragalattica delle sorgenti di raggi cosmici oltre $8\times10^{18}\;$eV. Verranno inoltre discussi i recenti risultati di ricerca di correlazioni con cataloghi astrofisici su scala intermedia, facendo il quadro della situazione attuale e delle prospettive future, in particolare grazie all'upgrade Auger Prime, attualmente in fase di installazione.

Speaker: Dr Lorenzo Caccianiga (MI)

Caccianiga-IFAE2019.pdf

Frontiera dell'Intensità

124 New results of Pentaquark searches in LHCb

The first observation of a (J/Psi p) exotic structure in Lb->J/Psi p K decays has opened a new field of investigation in the spectroscopy of baryon resonances. Various interpretations of these structures have been proposed, including tightly bound pentaquark states, baryon-meson molecular bound states, and further studies are needed to understand their origin. New searches for Pentaquark candidates in LHCb will be presented using the Run 1 and Run 2 data sample.

Speaker: Elisabetta Spadaro Norella (Universita' & INFN Milano)

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125 L’esperimento BESIII: piani e prospettive dopo i primi 10 anni di presa dati

L’esperimento BESIII (Beijing Spectrometer III) ospitato presso il collisionatore a fasci leptonici BEPCII (Beijing Electron Positron Collider II) dell’IHEP (Institute of High Energy Physics) di Pechino opera con successo nella regione energetica compresa tra 2 e 4.6 GeV dal 2009. Nel corso di questi dieci anni ha raccolto il più grande insieme al mondo di dati sulle risonanze del charmonio (mesoni J/psi, psi(2S), psi(3770)) ed è uno degli attori principali nella ricerca degli stati esotici XYZ. La collaborazione ha ricevuto l’approvazione a proseguire il programma di fisica fino al 2024 ed ha iniziato una serie di sviluppi per incrementare le prestazioni sia dell’acceleratore che del rivelatore. In questo intervento verranno presentati i piani di questo sviluppo, con particolare attenzione alla sostituzione della camera centrale con un nuovo rivelatore a GEM cilindriche, i principali risultati scientifici e gli obbiettivi per i prossimi anni di presa dati.

Speaker: Riccardo Farinelli (FE)

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126 Ricerca del decadimento tau->3mu a CMS

Si presentano i risultati di una ricerca del decadimento tau -> 3mu, con violazione del sapore nei leptoni carichi, in collisioni pp all'energia di 13 TeV nel centro di massa, utilizzando una luminosità integrata di 33 fb-1.
Questa analisi seleziona leptoni tau prodotti dal decadimento di mesoni B e D. Non viene osservato alcun segnale e si ottiene un limite superiore per il BR di questo decadimento pari a BR(tau -> 3mu)<9.5 10-8 al 90% di livello di confidenza.

Speaker: Luca Guzzi (MIB)

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127 Stato della ricerca sulla violazione del sapore leptonico nel settore dei leptoni carichi con l’esperimento MEG-II

L'esperimento MEG, al Paul Scherrer Institut (PSI) di Villigen, ha preso dati negli anni 2009-2013 e ha pubblicato quello che è, ad oggi, il limite superiore più stringente sulla Branching Ratio (BR) del decadimento $\mu \rightarrow e \gamma$:
BR($\mu \rightarrow e \gamma$) $<4.2 \times 10^{-13}$ $@90\%$ C.L. Questo decadimento, che viola la conservazione del sapore leptonico, è previsto nel Modello Standard (MS) con una BR di circa $10^{-54}$, non osservabile sperimentalmente. Osservarlo a BR maggiori, quindi, sarebbe un segnale di nuova fisica, oltre il MS.
L'esperimento sta entrando in una nuova fase, che si pone come obiettivo quello di raggiungere una sensibilità di $\sim 5 \times 10^{-14}$, corrispondente ad un miglioramento di un ordine di grandezza rispetto a MEG.
Per ottenere questo risultato MEG-II utilizzerà il fascio di muoni del PSI ad una maggiore intensità, $7\times10^{7}\,\mu$/s (MEG ha preso dati ad una intensità ridotta di $3\times10^{7}\,\mu$/s per ottimizzare il rapporto segnale - fondo).\
Inoltre, i nuovi rivelatori di MEG-II sono stati progettati in modo da migliorare la resistenza a un flusso elevato di particelle e aumentare le risoluzioni e l'efficienza, mantenendo lo stesso concetto sperimentale. La risoluzione del vertice al bersaglio, angolare ed energetica del positrone sono migliorate grazie alla presenza di una nuova camera a deriva, formata da un singolo volume cilindrico a bassa massa. La risoluzione temporale del positrone è migliorata con lo sviluppo di un nuovo rivelatore di tempo a "tiles" scintillanti, con granularità maggiore rispetto al precedente. Per quanto riguarda la rivelazione del fotone le risoluzioni sono migliorate grazie alla sostituzione dei fotosensori di MEG (PMT) con rivelatori al silicio più compatti (MPPC) in una delle facce del calorimetro a Xe liquido. L'inserimento di un nuovo rivelatore, il Radiative Decay Counter (RDC), favorisce inoltre la capacità di rigettare eventi di fondo. Verranno discussi i risultati ottenuti durante il run tecnico di fine 2018 e le prospettive future.

Speaker: Mr Manuel Meucci (INFN Roma 1)

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128 Investigating two heavy neutral leptons neutrino seesaw mechanism at SHiP

One of the main purposes of SHiP experiment is to shed light on neutrino mass generation mechanisms like the so-called seesaw. We consider a minimal type-I seesaw neutrino mass mechanism model with two heavy neutral leptons (right- handed or sterile neutrinos) with arbitrary masses. Extremely high active-sterile mixing angle requires a correlation between the phases of the Dirac neutrino couplings. Actual experimental limits on the half-life of neutrinoless double
beta decay 0νββ-rate on the active-sterile mixing angle are not significative in constraining the masses or the mixing measurable by SHiP.

Speaker: Damiano Fiorillo (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

FiorilloIFAE19.pdf

Frontiera dell'Energia

129 The MUonE experiment: use of a muon beam to perform the space-like measurement of the leading hadronic corrections to the muon g-2

The anomalous magnetic moment g-2 of the muon is a precision measurement which
exhibits one of the largest deviation between theory and experiment. In the
next years it will be measured at Fermilab and J-PARC with even higher precision
.
The hadronic contribution to the muon g-2,$a^{HLO}_{\mu}$, is the most
important effect after the pure QED contributions. It is however affected by a
large uncertainty which dominates the error on the theoretical prediction in
the Standard Model.
Therefore it is extremely important to get independent measurement of this
hadronic contribution to reduce its uncertainty.
We propose a novel approach to determine the leading hadronic corrections,
consisting in measuring the effective electromagnetic coupling in the
space-like region at low momentum transfer in the elastic scattering of
high energy muons from atomic electrons.
The high energy muon beam M2 in the CERN North Area is adequate to perform
such a measurement. The challenge of this project MUonE is in the accuracy
which must be achieved, both statistical and systematic. This measurement will
allow the determination of $a^{HLO}_{\mu}$ alternative to the
present results obtained with the dispersive approach via time-like data.
In this talk, accent will be put on the results of testbeams performed in 2017 a
nd 2018 at CERN.

Speaker: Antonio Principe MUonE collaboration

130 Two-loop corrections to electron-muon Scattering at NNLO in QED

In this talk, we discuss the evaluation of the two-loop virtual corrections to the
electron-muon scattering at Next-to-Next-to-Leading order (NNLO) in QED. These radiative corrections are relevant for the analysis of the MUonE experiment, recently proposed at CERN. MUonE aims at the high precision determination of the QED running coupling constant in the space-like region from the measurement of the differential cross section of the elastic scattering of high-energy muons on atomic electrons. The precise theoretical knowledge of QED corrections to the process will allow to extract from the experimental data the full hadronic contribution to the running coupling constant. This will provide a new and independent determination of the leading-order hadronic correction to the muon $g−2$. As an essential step towards the full theoretical prediction, we present the decomposition of the NNLO virtual amplitude in terms of basic integrals, and the analytical evaluation of the latter by means of differential equations and the Magnus exponential method. We work in the massless electron approximation, while we retain full dependence on the muon mass. The presented results are also relevant for crossing-related processes, such as di-muon production at $e^+e−$colliders, as well as for the QCD corrections to top-pair production at hadron colliders.

Speaker: Amedeo Primo (University of Zurich)

Primo_IFAE19.pdf

131 Il Programma di Fisica di FCC-ee

E’ stato recentemente pubblicato il CDR del progetto Future
Circular Collider (FCC) del CERN che si basa sulla costruzione di
un tunnel di 100 km di circonferenza nella regione di Ginevra, che include diversi collisori complementari fra loro, per
continuare un programma di Fisica delle Alte Energie subito dopo
la fine della presa dati di HL-LHC,
Il primo stadio proposto e' un collisore $e^+e^-$(FCC-ee) operante ad energie
comprese fra la massa della Z (90 GeV) fino al di sopra della soglia per la
produzione di coppie di top quarks (365 GeV). L’altissima luminosità che
si puo’ raggiungere nelle operazione di una tale macchina permette
di raccogliere un campione di circa $5\times 10^12$ Z, 100M di coppie di
W, 1M di bosoni di Higgs e 1M di coppie di top quark. Le
condizioni sperimentali e le proprietà del fascio permettono un
programma di fisica ambizioso che fornisce misure di altissima
precisione dei parametri fondamentali del Modello Standard e del
bosone di Higgs che possono estendere in modo indiretto la
sensitività a processi di nuova fisica. Allo stesso tempo, FCC-ee
permette anche la ricerca diretta di processi rari ed esotici. FCC-ee è
la base per sfruttare al meglio le potenzialità del collisore di
protoni FCC-hh a 100 TeV che verrà installato in seguito. Nella
relazione sarà presentato un breve sommario dei risultati
ottenibili con FCC-ee recentemente pubblicati nel CDR.

Speaker: Biagio Di Micco (ROMA3)

fcc_ee_IFAE.pdf

132 IDEA: a detector concept for future e+e- colliders

The foreseen future e+e- colliders aim to achieve extreme luminosity and measurement accuracy. This calls for detectors which are properly optimized for this environment and provide the required resolution. We present a detector concept, IDEA (Innovative Detector for Electron-positron Accelerators), that is specifically designed for these future machines and show its performance for a few benchmark processes.

Speaker: Massimiliano Antonello (MI)

MAn_IFAE_10_04_19.pdf

11:30 Pausa caffè

Premiazioni

133 Premiazioni (interviene l'ing. Vito Grassi, Presidente Unione Industriali di Napoli)

Sessione conclusiva

134 Oltre la Naturalezza

Speaker: Roberto Contino (PI)

contino_IFAE2019.pdf

135 Gravitational wave astronomy - past, present and future

Speaker: Eugenio Coccia (GSGC)