femtobarn

100 femtobarn inversi dal 2010!

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Qualche settimana fa LHC ha avuto qualche problemino, c'è un settore che fa un po' le bizze, e impedisce ai macchinisti di aumentare la quantità di pacchetti di protoni nei fasci tanto quanto vorrebbero. Non è niente di grave, e gli esperti dell'acceleratore hanno trovato una configurazione intelligente dei treni di protoni che aggira il problema, e permette comunque di raccogliere un buon numero di collisioni. Forse non tante quante avremmo volute raccoglierne entro la fine del 2017, ma comunque parecchie.

Proprio oggi, sullo schermo che comunica lo stato dell'acceleratore, è apparso invece un messaggio incoraggiante. Da quanto la macchina ha iniziato seriamente prendere dati nel 2010, ci ha fornito ben 100 femtobarn inversi! Siccome i processi rari si evidenziano solo con tanti dati, oltre che un record è certamente un buon auspicio per il futuro.

35.9 fb-1

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sumlumibyday_2016-10-28

Avevo detto 40 femtobarn inversi, alla fine sono stati 38.9, non ci sono andato lontano. Di questi, ATLAS è riuscito a raccoglierne 35.9, il che significa un'efficienza di presa dati di circa 92%: perché l'acceleratore mica aspetta che il tuo rivelatore sia tutto perfettamente acceso e funzionante, e non sempre tutti i pezzi sono pronti e funzionati in tempo. Ma 35.9 femtobarn inversi, comunque, sono un sacco di collisioni.

intlumivsyear_2016-10-28

Che cos'è un femtobarn (inverso)?

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Dopo che ho pubblicato l'articoletto di venerdì sullo stato di LHC e le collisioni prodotte, ho continuato a ripetermi che avrei dovuto spiegare che cos'era un femtobarn inverso, l'unità di misura della luminosità integrata fornita dall'acceleratore, ovvero della qualità di collisioni prodotte. Mi sono arrovellato per qualche giorno, perché era convinto di aver già scritto qualcosa di simile nel passato.

Dopo una ricerca su Borborigmi, il mio io del passato ha confermato il mio sospetto. Nel 2009 avevo già scritto un bello spiegone, che trovate sotto il titolo altisonante di "Più è luminoso, più saranno gli eventi (interessanti)". Visti i tempi che corrono, credo che per curiosi e nuovi arrivati valga la pena andare a (ri)leggerlo.

(Quella qui sotto è una slide di un corso per laureandi e dottorandi che tengo ormai da tre anni: a volte per capire un concetto non serve matematica complicata.)

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Un weekend fruttuoso. Ovvero, 5 femtobarn inversi con cui fare parecchio, ma da ripulire per bene

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Non so che cosa abbiate fatto voi durante il weekend. LHC, da parte sua, ha continuato imperterrito a far collidere protoni contro protoni, permettendo ad ATLAS e CMS di raggiungere 5 femtobarn inversi di luminosità integrata registrata! Per chiarire un po' l'unità di misura un po' esoterica, 5 femtobarn inversi corrispondo a circa 350 milioni di milioni di collisioni protone-protone prodotte dall'acceleratore nei diversi punti di interazione, e registrate dagli esperimenti. Tenendo conto che l'obiettivo iniziale per il run 2011 era di collezionare almeno 1 femtobarn inverso, siamo ben oltre ogni aspettativa.

La ragione di questo successo è un acceleratore che non solo ha funzionato estremamente bene senza soste, ma che è stato in grado di aumentare la quantità di collisioni per unità di tempo in maniera impressionante, come vedete da questo grafico che riporta la luminosità (ovvero le collisioni) raccolta da ATLAS in un giorno, in funzione del passare del tempo: una bella scalata!

Per aumentare la quantità di collisioni è stato necessario nel tempo rimpolpare i pacchetti di protoni con un numero sempre maggiore di particelle, e aumentare il numero di pacchetti nell'acceleratore per accrescere il numero di incontri tra pacchetti al secondo. Le due cose non sono state prive ci conseguenze. I pacchetti più grassotti aumentano la probabilità che in un incontro tra pacchetti più di una coppia di protoni interagisca: se nel run del 2010 in media meno di due interazioni avvenivano all'occasione di un incontro tra pacchetti di protoni, nel 2011 questo numero è cresciuto sfiorando a volte le 12 collisioni per incontro tra pacchetti, consegnandoci dunque dati popolati da interazioni spurie sovrapposte a quelle interessanti: un bel caos da ripulire! I treni di pacchetti più lunghi e serrati aumentato la probabilità che, nel corso delle incontro di due pacchetti situati all'interno di un treno di pacchetti, i rimasugli delle collisioni avvenute negli incontri dei pacchetti precedenti siano ancora in giro a disturbare le collisioni attuali. I due fenomeni che vi ho abbozzato vengono in gergo chiamati pile-up ("impilamento"), e rappresentano una bestia nera nella comprensione dettagliata dei dati. Soprattutto per gli studi e le misure di precisione, ci vorrà un po' prima che dei risultati veramente puliti escano da questi 5 femtobarn inversi.

350 milioni di milioni di collisioni sono un sacco di dati, con i quali si possono fare e si potranno dire molte cose. Per darvi un'idea, è ben possibile che con questi dati, combinando le forze di ATLAS e CMS, si possa chiudere la questione del bosone di Higgs del Modello Standard. 5 femtobarn inversi per esperimento, e la combinazione dei risultati dei due esperimenti, dovrebbero bastare a spazzolare tutte le zone dove ancora il benedetto bosone - se è veramente lui la ragione della rottura della simmetria tra la forza elettromagnetica e quella debole, e del fatto che i bosoni W e Z siano pesanti mentre il fotone non ha massa - potrebbe ancora nascondersi, tranne forse la zona intorno a 115 GeV, per il quale i dati non potrebbero ancora bastare, e ci toccherà aspettare la ripresa nel 2012.

Il run di collisioni protone-protone del 2011 si avvia infatti alla fine. Secondo il programma ufficiale, infatti, abbiamo ancora una settimana di dati di questo tipo da prendere, e poi, dopo un paio di settimane di aggiustamenti, inizieranno le collisioni tra ioni pesanti. ATLAS e CMS continueranno a prendere dati anche da queste collisioni, ma sarà ALICE a farla veramente da padrone. La maggior parte di noi sarà impegnata ad analizzare i dati protone-protone. A metà dicembre ci sarà una riunione del Council del CERN, l'equivalente del consiglio d'amministrazione: potrebbe essere un'ottima occasione per tirare fuori qualche risultato nuovo di zecca. Al lavoro!

Un femtobarn inverso! Tutto intero!

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Ieri sera la luminosità totale fornita da LHC nel 2011 ha sorpassato il femtobarn inverso! ATLAS, con un'efficienza di presa dati prossima al 96%, ne ha messi nel sacco 959 pb-1, che sommati ai 45 pb-1 raccolti nel 2010 fanno più di un femtobarn inverso da analizzare! Se pensate che questo era il traguardo previsto per la fine del 2011, potete immaginare come si sia eccitati da queste parti. E ovviamente, congratulazioni vivissime ai tecnici di LHC per la loro capacità di salire a luminosità istantanee inaspettate così in fretta.

Se siete confusi su che cosa sia la luminosità (integrata e istantanea) di un acceleratore, o che cosa sia un barn e i sui multipli e perché la luminosità si misuri in unità di barn inversi, avevo scritto una spiegazione a portata di lettore di blog che potreste rispolverare.

Se 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 interessante!

P.S. il primo articolo di ATLAS sul bosone di Higgs è uscito stanotte: niente in vista, non che ci aspettassimo qualcosa. Questo articolo è basato sull'analisi ai 40 pb-1, solo il 4% di quello che abbiamo a disposizione oggi!