Attività didattica. Egli organizza inoltre seminari nell'ambito del Corso di Fisica Subnucleare. Attività di ricerca

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1 Relazione sull'attività didattica e scientifica svolta dal Dott. Giuseppe Latino presso l'università degli Studi di Siena in base al contratto stipulato nell'ambito del Programma MIUR Rientro dei Cervelli (a partire dal 01/10/2005) Attività didattica Il Dott. Latino è titolare dei seguenti corsi universitari: A.A. 2005/06, 2006/07, 2007/08, 2008/09: Fisica Subnucleare II, Insegnamento di Fisica Subnucleare, Corso di Laurea Specialistica in Fisica Sperimentale, Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali; Fisica, Corso di Laurea di Interfacoltà in Biotecnologie. Il Dott. Latino svolge inoltre le seguenti attività didattiche complementari: A.A. 2005/06: tutor di uno studente di Dottorato in Fisica (per il I o anno); A.A. 2006/07 e 2007/08: relatore di una tesi di laurea per il Corso di Laurea Specialistica in Fisica Sperimentale, voto 110/110 e lode; A.A. 2007/08: relatore di una tesi di laurea per il Corso di Laurea in Fisica e Tecnologie Avanzate, voto 110/110 e lode; A.A. 2008/09: tutor di uno studente di Dottorato in Fisica. Egli organizza inoltre seminari nell'ambito del Corso di Fisica Subnucleare. Attività di ricerca Il Dott. Latino svolge la sua attività di ricerca nel campo sperimentale della Fisica delle Particelle Elementari in qualità di associato all'istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Pisa come membro del Gruppo Collegato INFN di Siena. Questo lavoro è sviluppato in due diversi esperimenti allestiti presso gli acceleratori di particelle dei due principali laboratori di ricerca nel campo a livello mondiale dove si realizzano (Fermilab di Chicago) e verranno realizzate (CERN di Ginevra) le più alte energie mai ottenute per i fasci di particelle collidenti. Esperimento CDF Il lavoro di ricerca lo vede impegnato nell'analisi dei dati prodotti nelle collisioni protone (anti)protone nell'esperimento CDF II presso l'acceleratore Tevatron del Fermilab. Alle pregresse attività di sviluppo e test di algoritmi di correzione per i jet

2 adronici (lavoro che contribuisce ad una pubblicazione riguardante le procedure di calibrazione dei jet in CDF [1], che risulta tuttora di riferimento per tutte le analisi di CDF caratterizzate da jet nello stato finale come ad esempio la ricerca dell'higgs [2, 9, 10, 15] e gli studi sulle proprietà del quark top [3, 6, 11, 13]) e di ricerca nel campo della cromodinamica quantistica perturbativa (pqcd) [5, 12], si affiancano successivamente studi sugli stati finali di alto momento trasverso (P T ) caratterizzati dalla presenza di jet adronici originati dalla frammentazione di quark b (b jet), con particolare interesse alle problematiche relative alla ricerca del bosone di Higgs. In particolare il Dott. Latino contribuisce ad una attività di analisi riguardante la misura della sezione d'urto inclusiva per la produzione dei jet di alta energia come test fondamentale della pqcd a next to leading order (NLO pqcd), la quale rappresenta l'estensione nella regione in avanti di una precedente analisi pubblicata di cui era già coautore [4, 5]. L'analisi dei dati raccolti nel periodo , sviluppata considerando un algoritmo cono ottimizzato (MidPoint) per la ricostruzione dei jet adronici e una nuova procedura per la correzione degli effetti sia calorimetrici che di fisica, mostra un buon accordo dati teoria per la produzione di jet nella regione di rapidità fino ad y < 2.1 e fino ad un valore in P T superiore a 600 GeV/c, rappresentando quindi un test fondamentale per la pqcd in regimi cinematici finora inesplorati. I risultati di questo studio, presentati in conferenze internazionali e pubblicati su Physical Review D [8, 12], saranno in particolare utilizzati nelle analisi di fit globale per la derivazione delle più aggiornate Funzioni di Distribuzione Partonica (PDFs), le quali rappresentano un elemento chiave per le previsioni teoriche dei processi di fisica sia osservati che previsti al Tevatron ed ai futuri acceleratori adronici quale il Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra. L'altro campo di interesse per il Dott. Latino riguarda la ricerca del bosone di Higgs, l'ultimo ingrediente del Modello Standard (MS) previsto teoricamente ma non ancora scoperto sperimentalmente. La sua grande importanza sta nel fatto che il campo ad esso associato (nello stesso senso in cui si associa al fotone un campo elettromagnetico) sarebbe diverso da zero nel vuoto. Questo fatto sarebbe responsabile della massa dei bosoni intermedi (W e Z) e dei fermioni fondamentali (i quark e i leptoni) che altrimenti, come il fotone, avrebbero massa zero. Allo stesso tempo permetterebbe di spiegare la rottura della simmetria elettrodebole. La ricerca dell'higgs è attualmente in corso al Fermilab [2, 9, 10, 15] e la sua scoperta continua a rimanere uno dei principali goal di fisica anche per gli esperimenti in preparazione presso l'lhc del CERN. In questa ottica risulta estremamente importante sviluppare metodologie e strategie di analisi ottimizzate per tale ricerca, che si basa prevalentemente sullo studio di stati finali caratterizzati dalla presenza di due jet adronici da quark b in cui l'higgs leggero previsto dal MS è atteso decadere prevalentemente. Dato che il MS prevede che al Tevatron l'higgs leggero venga osservato prevalentemente in termini di una risonanza b (anti)b prodotta in associazione ad un bosone W, una strategia di analisi molto interessante è quella di andare a studiare

3 un processo noto [7, 14] quale la produzione associata WZ (con Z b (anti)b) che, seppur così raro da non essere stato ancora osservato direttamente, ha una segnatura sperimentale estremamente simile a quella della produzione associata WH e che ne rappresenta ad ogni modo, essendo atteso avere una probabilità di produzione maggiore, un fondo irriducibile importante. Il Dott. Latino partecipa quindi ad un'analisi dei processi WZ fornendo in particolare un contributo importante ad uno degli aspetti chiave per questo tipo di studi, ovvero lo sviluppo di algoritmi specifici di correzione per l'energia dei b jet [N4]. Tali algoritmi addizionali si rendono necessari per il fatto che la misura sperimentale dei b jet è ulteriormente degradata dalla specifica frammentazione del quark b caratterizzata, in particolare, da un frequente decadimento semi leptonico in leptoni e neutrini di alto P T non rivelati (con esclusione degli elettroni) dal sistema calorimetrico. Lo scopo di questo studio è quello di investigare la possibilità di ottenere potenziali miglioramenti per queste correzioni specifiche, principalmente in termini di una migliore risoluzione in energia dei b jet. L'importanza di una migliore risoluzione dell'energia dei b jet deriva dal fatto che questa implica un miglioramento nella risoluzione della ricostruzione della massa invariante di un sistema a due b jet che, a sua volta, si riflette in un aumento della sensibilità per la potenziale osservazione di una risonanza b (anti)b quale ad esempio quella dovuta al decadimento dello Z, o ad un eventuale bosone di Higgs, in due quark b. Il Dott. Latino partecipa inoltre a studi specifici in cui viene investigata la possibilità di migliorare la risoluzione nella ricostruzione della massa invariante di un sistema a due jet utilizzando l'informazione addizionale dal sistema di tracciatura [N6]. Un risultato molto importante di questi studi riguarda l'aver posto l'attenzione sugli effetti non trascurabili sulla degradazione nella risoluzione in massa invariante di due jet, che sono dovuti alla non corretta assegnazione dei jet di stato finale ai due quark associati alla risonanza. Questi effetti, legati a processi fisici quali la radiazione da stato iniziale (ISR) o da stato finale (FSR) e sperimentalmente dovuti, nel caso di Z (o H) che decade in b (anti)b, alla limitata efficienza degli algoritmi di b tagging che permettono di riconoscere i jet da quark b, in linea di principio possono essere sensibilmente ridotti mediante opportuni criteri di selezione cinematica ottimizzati al fine di migliorare la corretta assegnazione dei jet di stato finale ai quark dalla risonanza. La potenzialità di questo originale approccio, addizionale rispetto ad altre strategie tese a migliorare la risoluzione in massa invariante di due b jet, è stata investigata con studi effettuati su campioni WZ da simulazione che hanno mostrato risultati preliminari promettenti [N7]. Questi studi sono tuttora in corso. Esperimento TOTEM Il Dott. Latino ha inoltre intrapreso l'attività di collaborazione per lo sviluppo dell'esperimento TOTEM [19], finalizzato alla misura della sezione d'urto totale e allo studio di processi elastici e diffrattivi nelle interazioni protone protone che verranno

4 realizzate al collisionatore adronico di prossima generazione (LHC) in fase di messa in opera al CERN di Ginevra. Questa attività riguarda lo sviluppo del tracciatore in avanti (T2), realizzato con la nuova tecnologia Gas Electron Multiplier (GEM), sia nella caratterizzazione dei rivelatori che nello sviluppo e implementazione del relativo software di simulazione e ricostruzione [17, N8]. In particolare il Dott. Latino è il coordinatore, nell'ambito del Gruppo TOTEM Pisa Siena, per lo sviluppo del software di ricostruzione, simulazione ed analisi dati. Risulta quindi attivamente coinvolto sia nelle problematiche relative alla ricostruzione delle tracce cariche con il rivelatore T2 [N10], che in delle analisi di simulazione riguardanti lo studio di processi inelastici mediante questo rivelatore. In questo lavoro di analisi ha in particolare dato un contributo fondamentale allo sviluppo di due innovativi algoritmi di ricostruzione dei jet adronici nella regione molto in avanti, che ne permettono l'individuazione e la ricostruzione nella direzione con una buona efficienza basandosi sulla sola informazione topologica delle tracce cariche che li compongono [N9]. La possibilità di utilizzare questi algoritmi per lo studio di particolari eventi inelastici, quali la dissociazione diffrattiva del protone in tre jet o la produzione di eventi di jet di Müller Navelet ad alta separazione in rapidità, è al momento sotto investigazione. Il Dott. Latino sviluppa inoltre, nell'ambito di uno studio sulle potenzialità degli esperimenti combinati TOTEM e CMS, un'analisi di simulazione su processi diffrattivi da scambio di doppio pomerone caratterizzati dalla presenza nello stato finale di due jet adronici centrali [16]. Partecipa anche ad una analisi dei dati raccolti nelle attività di test su fascio sul rivelatore T2 [19]. Attualmente il Dott. Latino partecipa alle attività di commissioning del tracciatore a GEM T2 (già installato nella sua sede sperimentale definitiva presso LHC) relative sia agli studi sul rumore che alla ottimizzazione delle performance del relativo software di ricostruzione e simulazione, nonché nello sviluppo ed ottimizzazione degli algoritmi di trigger per i processi inelastici. Attività complementari Il Dott. Latino è stato in più occasioni referee interno alla Collaborazione CDF per la pubblicazione di risultati delle analisi di Fisica su riviste internazionali. Ha inoltre preso parte a dei turni di presa dati in CDF.

5 PUBBLICAZIONI SCIENTIFICHE (da Ottobre 2005) 167 pubblicate su riviste internazionali con referee; 15 in fase di pubblicazione su riviste internazionali con referee; 3 pubblicazioni ufficiali delle Collaborazioni CDF e TOTEM; 6 proceedings di conferenze; 10 documenti di attività scientifica (note interne alle Collaborazioni CDF e TOTEM). Il link completo a quasi tutte tali pubblicazioni può essere trovato al seguente URL: Pubblicazioni più significative Esperimento CDF 1) 'Determination of the jet energy scale at the collider detector at Fermilab', A. Bhatti et al., Nucl.Instrum.Meth.A566: (2006); 2) 'Search for H b anti b produced in association with W bosons in p anti p collisions at s = 1.96 TeV', A. Abulencia et al., the CDF Collaboration, Phys. Rev. Lett. 96: (2006); 3) 'Top quark mass measurement using the template method in the lepton + jets channel at CDF II', A. Abulencia et al., the CDF Collaboration, Phys. Rev. D 73: (2006); 4) 'Measurement of the Inclusive Jet Cross Section Using the Midpoint Algorithm in Run II at CDF', CDF/DOC/JET/PUBLIC/8374 (documento pubblico Collaborazione CDF) (2006); 5) 'Measurement of the inclusive jet cross section in p anti p interactions at s = 1.96 TeV using a cone based jet algorithm', A. Abulencia et al., the CDF Collaboration, Phys. Rev. D 74: (2006); 6) 'Precise measurement of the top quark mass in the lepton+jets topology at CDF II', A. Abulencia et al., the CDF Collaboration, Phys. Rev. Lett. 99: (2007); 7) 'Observation of WZ Production', A. Abulencia et al., the CDF Collaboration, Phys. Rev. Lett. 98: (2007); 8) 'Measurement of the Inclusive Jet Cross Section Using the Midpoint Algorithm', CDF/DOC/JET/PUBLIC/8928 (documento pubblico Collaborazione CDF) (2007);

6 9) 'Search for Standard Model Higgs Boson Production in Association with a W Boson at CDF', T. Aaltonen et al., the CDF Collaboration, Phys. Rev. D78: (2008); 10) 'Search for the Higgs boson in events with missing transverse energy and b quark jets produced in p anti p collisions at s =1.96 TeV', T. Aaltonen et al., the CDF Collaboration, Phys. Rev. Lett. 100: (2008); 11) 'Measurement of the Single Top Quark Production Cross Section at CDF' T. Aaltonen et al., The CDF Collaboration, Phys. Rev. Lett. 101: (2008); 12) 'Measurement of the inclusive jet cross section at the Fermilab Tevatron p anti p collider using a cone based jet algorithm' T. Aaltonen et al., The CDF Collaboration, Phys. Rev. D 78: (2008). 13) 'Top quark mass measurement in the lepton plus jets channel using a modified matrix element method', T. Aaltonen et al., The CDF Collaboration, Phys. Rev. D 79: (2009). 14) 'Search for WW and WZ production in lepton plus jets final state at CDF' T. Aaltonen et al., The CDF Collaboration, Phys. Rev. D 79: (2009). 15) 'Search for a Higgs Boson Produced in Association with a W Boson in p anti p Collisions at s =1.96 TeV', T. Aaltonen et al., The CDF Collaboration, Phys. Rev. Lett. 103: (2009). Esperimento TOTEM 16) 'Prospects for diffractive and forward physics at the LHC ', M. Alborw et al., the CMS and TOTEM Collaborations, CERN LHCC G 12 (2006); 17) 'A triple GEM telescope for the TOTEM experiment', S. Lami, G. Latino, E. Oliveri, L. Ropelewski, N. Turini, Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.) 172: (2007); 18) 'The TOTEM Experiment at LHC', Giuseppe Latino (per la Collaborazione TOTEM), proceedings di LA THUILE 2008, e Print: arxiv: [hep ex] (2008); 19) 'The TOTEM Experiment at the CERN Large Hadron Collider' G. Anelli et al., The TOTEM Collaboration, JINST 3:S08007 (2008). 20) 'The TOTEM Experiment at the LHC', Giuseppe Latino (per la Collaborazione TOTEM), da pubblicarsi nei proceedings di 44th Rencontres de Moriond on QCD and High Energy Interactions, e Print: arxiv: [hep ex] (2009).

7 Documenti di attività scientifica Note interne alla Collaborazione CDF N1) 'Determination of the jet energy scale at the Collider Detector at Fermilab', A. Bhatti et al., CDF/PUB/JET/PUBLIC/7543 (2005), (pub. su Nucl. Instr. & Meth. ); N2) 'Measurement of the Inclusive Jet Cross Section using a Cone based Jet Algorithm', CDF/ANAL/JET/CDFR/7785 (2005), (pubblicato su Physical Review D ); N3) 'Incl. Jet Cross Sec. Using the Midpoint Algorithm Including the Forward Region', CDF/ANAL/JET/CDFR/8192 (2006); N4) 'Specific jet energy corrections in the search for WZ to lvbb(bar)', G. Bellettini, G. Latino, N. Pozzobon, CDF/ANAL/ELECTROWEAK/GROUP/9006 (2007); N5) 'Measurement of the Inclusive Jet Cross Section Using the Midpoint Algorithm', CDF/ANAL/JET/CDFR/8841 (2008), (pubblicato su Physical Review D). N6) 'On the Resolution of a Dijet Invariant Mass Measurement Using Charge Track Jets' G. Bellettini, G. Latino, S. Leo, V. Rusu, M. Trovato and G. Velev, CDF/ANAL/ELECTROWEAK/GROUP/9943 (2009). N7) 'Improving the reconstruction of Z boson invariant mass in WZ semileptonic events using extra jet', G. Bellettini, G. Latino, S. Leo, V. Rusu, M. Trovato, G. Velev e C. Vernieri, CDF/ANAL/ELECTROWEAK/GROUP/9944 (2009) (in preparazione). Note interne alla Collaborazione TOTEM N8) 'Test of the two TOTEM TripleGEM Chambers assembled at G&A Engineering', S. Lami, G. Latino, E. Oliveri, L. Ropelewski, N. Turini, TOTEM NOTE (2006); N9) 'Jet Reconstruction Based on Topological Clustering of Charged Particles', M. Berretti e G. Latino, TOTEM NOTE (2008); N10) 'Track Reconstruction With the T2 Detector', M. Berretti e G. Latino, TOTEM NOTE (2008). Siena, 12/10/2009. Giuseppe Latino