Cosa dovremmo aspettarci da LHC?

(Questo post è la traduzione di quest'altro, scritto originariamente in inglese per Blogging ICHEP 2010. Grazie a Stephan per la traduzione iniziale, che ho rimaneggiato un po' perché suonasse "mia". Ma quanto è più facile scrivere di fisica in inglese? E quanto è strano tradurre se stessi?)

Giugno sta arrivando, le conferenze estive si avvicinano e i fisici di LHC lavorano febbrilmente per produrre i primi risultati da mostrare.

Nei prossimi mesi tre saranno le principali conferenze dove verranno presentati i risultati degli esperimenti di LHC: la piu vicina è Physics At LHC, che si terrà a Desy in Germania la seconda settimana di Giugno. la seconda è… ehm… ICHEP; la terza è l'Hadron Collider Physics Symposium a Toronto, alla fine di Agosto. I risultati che possiamo aspettarci vengano presentati a ciascuna conferenza sono piuttosto diversi. LHC sta infatti continuamente producendo collisioni protone-protone a 7 TeV: più in là nel tempo è la conferenza, maggiore sarà la luminosità integrata che gli esperimenti riusciranno a usare per le loro analisi.

È possibile tentare di predire che cosa probabilmente mostreranno ATLAS e CMS a ICHEP? Beh, non è banale: anche assumendo una perfetta efficienza dei due esperimenti nel raccogliere i dati e analizzarli, le condizioni dei fasci di LHC migliorano costantemente ogni giorno, e la luminosità integrata raggiungibile a - diciamo - metà Giugno potrà variare di parecchio.

Proviamo invece a fare un esercizio diverso: quali sono i risultati che verranno probabilmente presentati a una qualche conferenza in funzione della luminosità integrata a 7 TeV raccolta, a partire da quel poco che sappiamo essere già stato raccolto dagli esperimenti, fino al 1 fb-1 promesso dalla macchina per la fine della presa dati 2010-2011? Una cautela: quella che segue è una lista sicuramente approssimata, potrei aver dimenticato qualche segnale importante qua e là, e la mia visione delle cose è certamente influenzato dalla mia esperienza in ATLAS. Ecco dunque che cosa otterremo (o cosa abbiamo già ottenuto):

  1. 10-100 \mub-1: qualche milionata di pioni carichi, per rifare serenamente l’analisi della molteplicità delle particelle cariche già pubblicata coi dati raccolti a 900 GeV; qualche decina di J/\psi \to \mu \mu, qualche jet qua e là. Ogni risonanza che può essere vista col tracciatore centrale (come K e \Lambda) a questo punto è stata vista; i segnali di \pi^0 e \eta che decadono in coppie di fotoni sono stati visti e ben isolati.
  2. 100-1000 \mub-1: qualunque sospetto iniziale di un picco di J/\psi \to \mu \mu dovrebbe essere ormai chiaramente visibile;
  3. 1-10 nb-1: sempre più jet. E ovviamente molte più misure legate ai jet.
  4. 10-100 nb-1: qualche decina di W comincia a far capolino tra i dati, i più fortunati potrebbero aver visto qualche bosone Z. Una prima osservazione inclusiva di elettroni diretti dovrebbe essere possibile.
  5. 100-1000 nb-1: jet, jet e ancora jet. Una prima misura inclusiva di muoni diretti dovrebbe essere fattibile. Analogamente, un primo segnale di fotoni diretti dovrebbe essere stato isolato.
  6. 1-10 pb-1: ATLAS e CMS dovrebbero aver raccolto abbastanza W e Z per tentare una prima misura della sezione d'urto di produzione. Potrebbero persino pretendere di aver visto il quark top.
  7. 10-100 pb-1: prime misure di fisica del B, e qualcosa potrebbe già venir detto su qualche scenario teorico esotico, o su qualche punto dello spazio dei parametri delle super-simmetrie.
  8. 100-1000 pb-1: arrivati a questo punto, uno potrebbe anche ottimisticamente sperare in qualche timida notizia sul bosone di Higgs (o meglio, sulla sua esclusione in certe regioni di massa), almeno dove la sensibilità degli esperimenti è maggiore.

Dove ci troviamo oggi? ATLAS e CMS galleggiano intorno al punto 4. (o meglio, entrambi dalle parti della soglia inferiore dei 10 nb-1), e risultati corrispondenti a quella luminosità integrata saranno quasi certamente mostrati a Physics At LHC, insieme con una valanga di studi sul comportamento dei rivelatori e le loro perfomance. La domanda resta dunque: quanta luminosità integrata riuscirà a fornire LHC prima di ICHEP? Visto che questo post è già abbastanza lunghetto, rimando i miei tentativi di previsione a uno dei prossimi. Restate sintonizzati.

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18 Commenti

  1. juhan
    Pubblicato il 1 giugno 2010 alle 16:42 | Permalink

    Magari l'hai già detto o magari è una domanda stupida ma io la faccio lo stesso. Quanto dura una "carica" di protoni? se ne può aggiungere a quelli che girano, fino a riempire il tubo 😉

  2. Francesca
    Pubblicato il 5 giugno 2010 alle 10:31 | Permalink

    Ciao il tuo Blog è uno dei più interessanti che abbia letto 🙂 complimenti. Venendo al sodo, sono una ragazza che a breve avrà gli esami di stato e come tema principale del mio discorso ho voluto proporre alla commissione proprio la fisica nucleare e tutto quello che riguarda il CERN, LHC, Higgs etc. L'unico mio problema e che sto riscontrando qualche incertezza, e nonostante sappia perfettamente che non avrò nemmeno il tempo di spiegare tutto alla perfezione, per una questione di conoscenza personale, dato il bellissimo argomento, ti chiedo gentilmente se potresti chiarirmi tali dubbi. Mi saresti di grande aiuto! Baci Francesca

  3. Pubblicato il 5 giugno 2010 alle 22:10 | Permalink

    Ciao Marco, a te che lavori al Cern segnalo il seguente post del blog di Simone Angioni: http://simoneangioni.blogspot.com/2010/05/in-italia-la-scienza-e-inutile.html Cosa ne pensi?

  4. Pinco Pollino
    Pubblicato il 6 giugno 2010 alle 18:15 | Permalink

    Sembra il lancio delle arance al Carnevale di Ivrea.
    Tutti contro tutti.
    Ma forse non è un Carnevale...
    e forse non sono neppure arance!
    😐

  5. Pubblicato il 7 giugno 2010 alle 12:18 | Permalink

    @Francesca: ciao, benvenuta. Se ritieni che i tuoi dubbi siano utili a tutti non esitare a fare le tue domande sul blog. Se invece sei timida 🙂 puoi sempre contattatami direttamente da questa pagina:
    http://www.borborigmi.org/quarta-di-copertina/
    Vediamo che cosa posso fare.

    @Giancarlo: Condivido a grandi linee il tono dell'articolo e le sue tesi: a volte penso faccia meglio non far parlare di se, se l'alternativa è far parlare di se in un contenitore così pessimo e fuorviante. Forse nessuno dell'ufficio stampa del CERN si immaginava che un programma televisivo potesse scendere a tanto 🙂

  6. Giovanni
    Pubblicato il 15 giugno 2010 alle 08:02 | Permalink

    Venerdi 11 giugno c'è stato, alla Città della scienza di Napoli, un incontro con Sergio Bertolucci, Direttore per la Ricerca al CERN di Ginevra. Incontro a carattere divulgativo durante il quale è stato illustrato il perchè dell'LHC partendo dalla conoscenza della fisica attuale e su quali campi della conoscenza potrà portare degli avanzamenti.
    Nel finale dell'intervento, rispondendo ad una domanda, Sergio Bertolucci accennava al fatto che c'erano dei risultati particolari che suggerivano una non perfetta collocazione dei risultati stessi nell'ambito del modello standard.
    In particolare si riferiva al numero di particelle rilevate per unità di angolo che sarebbero un 20-30% in più rispetto a quelle previste dal modello standard.
    Caro Marco, se ti è possibile, potresti dare maggiori informazioni su questo punto?
    Grazie

  7. Pubblicato il 15 giugno 2010 alle 08:43 | Permalink

    Mmm, penso che Bertolucci si riferisse a questo:

    http://www.borborigmi.org/2010/03/17/il-primo-articolo-di-fisica-di-atlas/

    (o all'analogo risultato di CMS o ALICE).

  8. Giovanni
    Pubblicato il 15 giugno 2010 alle 09:10 | Permalink

    Non so se si riferisse a quei dati che tu hai segnalato, ma potrebbe essere. Solo che tu parli della possibilità di errore nei modelli di calcolo per le predizioni, lui, invece, in un contesto in cui si parlava, non vorrei sbagliare, della trasformazione dei neutrini e dell'esperimento Opera. Mi sembra che la domanda era riferita alle conseguenze sul modello standard dell'esperimento Opera (spero di non sbagliarmi) e Bertolucci dopo un'articolata risposta citava questa cosa.
    Comunque molto interessante, anche se, naturalmente con un taglio molto divulgativo.

    ps: a che punto sei con la richiesta che ti feci tempo fa per quanto riguarda gli argomenti di fisica da studiare per una comprensione degli aspetti che si trattano sul blog? te lo chiedo non per metterti fretta (anzi fai con tutta calma), ma magari perchè preso da mille cose magari te ne sei dimenticato.

  9. Pubblicato il 16 giugno 2010 alle 15:43 | Permalink

    A che punto sono? Mmm... in alto mare? Mettiamola così: non mi sono dimenticato di te, e il tuo messaggio campeggia nella mia INBOX a ricordarmi di quanto non sono capace di stare dignitosamente dietro a questo blog e alle richieste che genera 😛

  10. Giovanni Ruggieri
    Pubblicato il 16 giugno 2010 alle 19:02 | Permalink

    hahahah 🙂
    Non sai come ti capisco! Una cosa del tipo...."papà, papà allora giochiamo un pò insieme. Aspetta che devo dare una risposta a questo post mmm....Papà papà che dici se giochiamo a palla? Tra due minuti ti raggiungo, allora che doveva fare a si rispondere al post. Papààààà ma Il Triceratopo è più forte del Brontosauro? Il Tri...che? Cioè il Triceratopo è corazzato ma il Brontosauro è grandissimo però sono tutti e due erbivori e quindi sono amici....Aspetta che arrivo. Allora per conoscere la fisica delle particelle del Giurassico...... oddio mi sto confondendo. Papà papà vieni a vedere i teletubbies con me?
    A quel punto preso dall'incantevole voce di tua figlia (di mio figlio), anche se con un decreto di abbattimento avresti voglia di demolire la casa di quegli essseri colorati, mandandoli ad allietare gli scalatori di vette estreme con il loro vivacissimo "ciao ciao" al loro arrivo sulla vetta, ti accomodi sul divano. Quelli saranno i migliori minuti della tua vita equagliabili solo all'evidenza, tra i segnali che stai analizzando, del Bosone di Higgs.

  11. Pubblicato il 17 giugno 2010 alle 12:38 | Permalink

    Tutto vero, almeno nella sostanza. Nella pratica, ai dinosauri non siamo ancora arrivati, e i Teletubbies sono banditi (come in generale la visione a schermo di qualunque cosa: il tempo insieme è già troppo poco!). Particolare divertente: abbiamo un gioco dei Teletubbies in casa ereditato da amici, ma siccome non abbiamo riferimenti diretti alla tv per noi i personaggi si chiamano John, Jack, Jason e Jasper. I primi tre sono intercambiabili, Jasper è quello verde 🙂

  12. Pubblicato il 24 giugno 2010 alle 13:08 | Permalink

    ciao
    di recente ho letto che anche i neutrini hanno una massa , piccola, ma pare che ci sia.
    E' ipotizzabile che ci sia di mezzo l'higgs anche per loro?.

  13. Pubblicato il 24 giugno 2010 alle 13:48 | Permalink

    Se i neutrini hanno massa (e ce l'hanno, sebbene molto piccola) e il meccanismo di Higgs è veramente il responsabile delle masse dei fermioni (che è la teoria corrente, ma resta da provare), allora ovviamente c'è di mezzo il campo di Higgs anche per loro.

  14. Pubblicato il 24 giugno 2010 alle 19:50 | Permalink

    ciao marco
    ora vorrei fare un altro passo , ammettiamo che allo stato dei fatti, la mediazione del bosone di Higgs per la quantità di massa dei fermioni sia confermata , sarebbe ipotizzabile estendere la mediazione dell'Higgs anche verso verso classi di particelle più esotiche ?.
    Parlo in particolare del Gravitone.

  15. Pubblicato il 26 giugno 2010 alle 17:21 | Permalink

    scusa la cavolata
    se il gravitone esiste sarebbe un particella elementare come l'higgs

    ciao

  16. Pubblicato il 27 giugno 2010 alle 12:56 | Permalink

    Eugenio, la prima questione che poni è complessa: se il gravitone dovesse esistere e fosse il bosone mediatore dell'interazione gravitazionale, allora potremmo ragionevolmente aspettarci che non abbia massa, un po' come il fotone, perché l'interazione gravitazionale agisce a lungo raggio (infinito) proprio come l'interazione elettromagnetica.

    A questo punto però uno potrebbe chiedersi se esiste un meccanismo di unificazione per il gravitone e gli altri bosoni vettori simile a quello di Higgs - che mette insieme W e Z e fotone dando massa ai primi e preservando la massa nulla dell'ultimo - che metta insieme tutti i bosoni attribuendo massa solo ad alcuni di loro. A quest'ipotesi non è banale rispondere, perché un'ipotesi del genere prevederebbe che l'interazione gravitazionale sia descritta da una teoria di campo quantistica simile a quelle che descrivono le altre interazioni note, cosa che a oggi nessuno è ancora riuscito a dimostrare.

  17. Pubblicato il 27 giugno 2010 alle 19:20 | Permalink

    grazie marco
    sempre preciso
    è un vero piacere discutere di fisica con te
    ciao

  18. Ettore
    Pubblicato il 2 maggio 2011 alle 09:15 | Permalink

    Stò notando che la luminosità è decisamente cresciuta... se non erro in questo ultimo fill (1755) in 4 ore Atlas ha collezionato circa 11pb^-1!!!
    Dato che nel 2010 in totale sono stati collezionati 50pb^-1... mi sembra che le performance stiano aumentando e alla grande ( i pacchetti nominali dovrebbero essere 2808 e adesso ce ne sono 768... 1/4 mi sembra davvero un bel traguardo!) 😀
    Di questo passo a fine anno credo che riuscirete a collezionare più di 1fb^-1.

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  • [...] arrivare, nel corso del 2011.Il fisico Marco Delmastro, all’inizio di giugno, aveva fatto il punto della situazione, comprensibile per chi magari non è a digiuno, o quasi, della materia.Nel frattempo, per chi [...]

  • [...] invece vi chiedete che cosa sia possibile fare con un femtobarn inverso, date un'occhiata alle mie previsioni per le conferenze estive del 2010: EPS-HEP a fine Luglio sarà mooolto [...]

  • […] quasi completamente dedicata all'approvazione di risultati da mostrare a - indovinate un po'? - ICHEP. Manco a dirlo, nei giorni (e notti) scorsi ho passato il mio tempo a preparare e ripulire il mio […]

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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