La fisica protone-protone all esperimento. al CERN

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1 La fisica protone-protone all esperimento al CERN Fabrizio Ferro Università di Genova e INFN 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 1

2 Gli obiettivi Sezione d urto totale a 14 TeV (con ottica ad alto β) Scattering elastico a basso t (sino a t ~ 10-2 GeV 2 ) Scattering elastico ad alto t (sino a t ~ 8-10 GeV 2 ) Processi diffrattivi p+p p+x Necessità di run speciali Ottica al alto β per una misura precisa dell angolo di scattering β ~ 1100 βnom 3 ~ 5 10 β TOTEM Ridotto numero di bunches (nb=36, equivalente ad un tempo di separazione di 2.5µs). nbtotem 2 ~ 10 nb nom 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 2

3 L apparato sperimentale LHC (IP5) Integrazione con CMS CMS Rivelatori inelastici T1 T2 T2 ~150m ~215m Rivelatori elastici 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 3

4 Sezione d urto totale Estrapolazione alle energie di LHC: log s 95 mb (log s) mb Precisione necessaria ~2% Fit: C.Augier et al., Phys. Lett. B315 (1993) aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 4

5 Sezione d urto totale Misura effettuata indipendentemente dalla luminosità. Necessaria misura contemporanea del rate elastico ed inelastico. Lσ Lσ 2 tot tot 16π = 2 1+ ρ elastic dn dt t= 0 = N + N inelastic Optical Theorem σ tot 16π ( dn / dt) t=0 = 2 1+ ρ Nel + Ninel 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 5

6 Scattering elastico 10-2 < t < 1 GeV 2 14 µrad < θ < 145 µrad L = cm -2 s -1 ~100 eventi/s 1 < t < ~ 10 GeV µrad < θ < 450 µrad L = cm -2 s -1 alcuni eventi/giorno 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 6

7 Scattering elastico: dσ/dt Analogia ottica: il protone diventa più grande all aumentare dell energia ~ e -B t B previsto a basso t ~20 traiettoria del Pomerone nel modello di Regge 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 7

8 Scattering elastico: bassi valori di t Estrapolazione a t=0 per la misura della sezione d urto totale. Necessaria buona accettanza dei rivelatori elastici a basso t. Accetanza nelle due regioni a 150 e 215 m, con rivelatore a 10σ dal fascio (+ 0.5 mm di spessore del bordo). 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 8

9 Scattering elastico: alti valori di t Ottica a basso β. Sezione d urto minore ma maggiore luminosità. Interessante studiare una possibile divergenza tra pp e ppbar e l andamento dσ/dt ~ 1/t 8 previsto dai modelli 3-gluons exchange. 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 9

10 Fisica diffrattiva: p+p p+x Misura del momento del protone in avanti con i rivelatori elastici. Studio di d 2 σ/dxdt (x=p/p 0 ). Collaborazione con CMS per studiare la correlazione tra il protone in avanti e i prodotti di decadimento del sistema X. 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 10

11 CMS I rivelatori inelastici Rivelatori inelastici T1 T2 I telescopi T1 e T2 hanno una copertura in η da ~3 a ~7. Perdita di eventi inelastici ~1%. Ricostruzione del vertice primario (per contrastare eventi di beam-gas). 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 11

12 T1 5 piani di CSC Risoluzione < 0.5mm Ottimi risultati al test beam aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 12

13 T2 Due soluzioni alternative. Piani di CSC. Pro: detector semplice e a basso costo. Contro: spazio occupato e bassa risoluzione. Pixel. Pro: detector compatto e ad elevata risoluzione. Contro: costo abbastanza elevato. 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 13

14 Rivelatori elastici Roman pots. Poste a ~150 e ~215 m dal punto di interazione. Permettono di avvicinarsi al fascio senza interferire con il vuoto della beam-pipe. Al loro interno detectors al silicio. Finestra di rivelazione 4cm x 4cm. 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 14

15 Rivelatori al silicio Devono essere rad-hard per resistere alle radiazioni e devono essere edgeless per potersi avvicinare il più possibile al fascio. Due soluzioni alternative: Silici freddi edgeless Silici 3D. 3D 25 aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 15

16 Stato dell esperimento Intenso lavoro in vista del TDR che uscirà a fine 2003 In particolare: Inizio costruzione di T1 Ultimazione degli studi su T2 e sui silici. Approfondimento degli studi di simulazione con Geant4 Test beam aprile 2003 Fabrizio Ferro IFAE - Lecce 16