rivelatori

Saldare elettronica e misurare particelle, allo stesso tempo

12 commenti

Blinking LEDs for fun and profit

La settimana scorsa ho partecipato ad un workshop dedicato allo sviluppo di una piccola board elettronica, una IPMC (che sta per Intelligent Platform Management Controller). A dirla tutta ero uno degli organizzatori del workshop, visto che il gruppo del mio laboratorio ha sviluppato hardware e software di una particolare versione di IPMC che viene usata da ATLAS e da altri esperimenti, ma questo è dettaglio rispetto a quello che voglio raccontare.

Il workshop in questione era rivolto tanto agli ingegneri che questo genere di elettronica la sviluppano, quanto ai fisici che questa elettronica la immaginano (per poi essere riportati con i piedi per terra dai suddetti ingegneri, siano sempre lodati!) e che soprattutto la usano. C'erano dunque parti più espositive (questo modello funziona così, può fare questo, il suo firmware può essere modificato così e cosà con questi strumenti) ed altre più pratiche, dove anche i più maldestri fisici presenti (e non si parla certo del sottoscritto, ça va sans dire!) hanno potuto cimentarsi con la scrittura di firmware di gestione, fosse anche solo per far sfarfallare i LED luminosi della carta comandandola con il loro computer.

In barba agli stereotipi di genere, la persona incaricata della gestione delle varie sessioni era R., una giovane fisica di ATLAS di origine israeliana, che in questo momento ha un contratto di post-dottorato con l'Università dell'Indiana. Durante una delle pause R. è venuta a presentarsi: aveva sentito parlare di me dalla sua amica L., anch'essa di origine israeliana, con la quale un paio d'anni fa avevo quotidianamente condiviso gioie e dolori della famosa particella di 750 GeV che non c'era. Per questa ragione R. mi associava al prototipo di fisico delle alte energie che si occupa esclusivamente di analisi dei dati: "Sei dunque passato a occuparti di hardware?", mi ha chiesto, come se mettere mani a pezzi di rivelatore o elettronica, o invece occuparsi di analisi dati, ricerche e misure, fossero due attività incompatibili. "Cerco di fare entrambe le cose", le ho detto, spiegandole che è certamente difficile trovare tempo e modo per avanzare con successo in entrambi i settori, ma che mi sembrava qualcosa di assolutamente necessario. La fisica delle particelle è diventata infatti sempre più specializzata, e sempre più rari sono quei fisici sperimentali che riescono allo stesso tempo a partecipare attivamente alla costruzione, realizzazione e mantenimento in funzione di un rivelatore, e a occuparsi di analisi dei dati e di fenomenologia delle particelle che studiano. Per quanto forse inevitabile, vista la taglia e la complessità dei progetti, questo fenomeno è limitante, e persino potenzialmente pericoloso.

Dieci anni fa riflettevo sul fatto che molti dei miei giovani colleghi non avevano mai visto un dato, e che si avvicinavano alla prossima presa dati di LHC con un bagaglio di conoscenze di analisi basato esclusivamente sulla simulazione. A dieci anni di distanza, molte delle paure espresse in quella riflessione restano vere: dentro le collaborazioni di LHC sono ormai tanti quelli che hanno toccano dei dati "reali", ma il cui contatto con la realtà dell'esperimento è minimo, se non remoto. L'attitudine a diventare ottimi analizzatori di dati predigeriti, filtrati e calibrati da altri, di cui parlavo in quel vecchio articolo, resta un fenomeno reale e spesso problematico. Da una parte, questi fisici sono sovente troppo lontani dallo strumento con cui i dati che manipolano sono stati raccolti: se i dati mostrano qualche stortura dovuta ad un malfunzionamento del rivelatore (e lo fanno spessissimo!), solo una conoscenza profonda delle "interiora" dell'esperimento permette di venirne a capo. Dall'altra, si propaga nella comunità  l'idea che l'unico passo importante nella fisica sperimentale delle alte energie sarebbe quello compiuto da colui che realizza l'ultimo grafico, che fa l'ultima regressione, che estrae la misura finale. Misura finale che invece non esisterebbe se non ci fosse anche chi ha saldato le carte di elettronica, fissato i cavi, scritto il firmware dei microcontrollori, e così via!

Si parla molto in questo periodo di riconoscimento del lavoro fatto dai singoli all'interno delle grandi collaborazioni. È un problema complesso, che non ha soluzioni semplici. Di sicuro però alcune di quelle che vedo proporre (non fare firmare a tutti gli articoli, ma solo a chi ha contribuito al risultato specifico; cambiare l'ordine degli autori degli articoli, per mettere in evidenza chi ha realizzato il risultato) sembrano affrontare la questione solo dal punto di vista del rifinitore ultimo che "ha tirato in porta e fatto goal", ignorando il lavoro della squadra che ha portato la palla fino nell'area di rigore degli avversari. Il problema non è però solo quello di riconoscere l'importanza del lavoro di quei colleghi come R. che si occupano delle parti del rivelatore che i dati acquisiscono, trattano, calibrano. Se instauriamo una cultura che privilegia (con assunzioni, posizioni di responsabilità o occasioni di visibilità conferenze, che sono la moneta di scambio nel mio mondo che non ha molto altro per gratificare lo sforzo individuale) l'esclusivo lavoro di analisi dei dati e di misura finale, i giovani fisici si butteranno (si buttano!) a fare esclusivamente questo, non foss'altro che per massimizzare le loro opportunità di carriera futura. E nel farlo non imparano a costruire, montare, calibrare un rivelatore e i suoi pezzi: e chi costruirà allora i rivelatori di domani?

La specializzazione va bene per gli insetti, scrivevo su queste pagine nove anni fa, con LHC che aveva appena ripreso a collidere protoni, dopo un anno di pausa in seguito all'incidente del 2008. Continuo a credere che i fisici migliori siano coloro che mantengono un'ampia flessibilità, che sono ancora capaci di fare i conti con la matita, saldare una carta di elettronica, calcolare un diagramma di Feynman e analizzare dati con software complicati. A chi mi dice che è difficile, cito sempre l'esempio di K., un fisico di ATLAS con una decina d'anni più di me, che è stato prima Project Leader di uno dei sotto-rivelatori del tracciatore centrale dell'esperimento, poi coordinatore del gruppo di lavoro responsabile delle misure di precisione dei processi Standard Model, poi Physics Coordinator, e poi di nuovo coordinatore del gruppo responsabile della progettazione e realizzazione degli upgrade dell'esperimento. È possibile, anche se non necessariamente facile, essere competenti tanto in fisica fondamentale quanto nella tecnologia necessaria a farne gli esperimenti, dicevo dunque a R.. "Una persona nella mia posizione", scherzavo con lei prima che riprendessero i lavori del workshop, "ha almeno il vantaggio di poter assumere un postdoc o un dottorando per portare avanti entrambe le linee di lavoro!". La verità è però che, tanto ai miei studenti che ai postdoc che lavorano con me, suggerisco sempre di dedicare almeno una frazione del loro tempo a quell'attività che non rappresenta il loro progetto principale: un contributo a un'analisi se sono specializzati in fisica dei rivelatori, un piccolo progetto hardware anche se l'analisi dei dati è quello che fanno nella maggior parte del tempo. La specializzazione, appunto,  va bene per gli insetti.

I quattro (micro) rivelatori di LHC in LEGO!

2 commenti

Poco prima della pausa natalizia ero seduto accanto a Nathan Readioff, un dottorando dell'Università di Liverpool, durante una riunione di ATLAS dedicata alle misure delle proprietà del bosone di Higgs nei suoi decadimenti in due fotoni. Come spesso accade durante questi meeting interminabili, ognuno ha il suo laptop aperto sulle ginocchia, e mentre con un occhio segue le presentazioni, con l'altro continua a lavorare. Mi è distrattamente caduto l'occhio sullo schermo del portatile di Nathan: non stava rispondendo a qualche messaggio email, non programmava né analizzava dati, e non stava verificando i risultati del campionato inglese di calcio. Sul portatile di Nathan c'era aperta la finestra di LEGO Digital Designer, e Nathan stava progettando un modellino in LEGO di ATLAS in miniatura, questo:

ATLAS_MicroLEGO_Nathan
Foto di Nathan Readioff

1812856-o_19ett7qgr129f2t51s561ct6rka3b-full

Nathan aveva avuto l'idea brillante di progettare dei modelli miniaturizzati in LEGO  dei quattro rivelatori di LHC, e di farne un set da proporre alla LEGO. Stava finendo le istruzioni e la lista dei pezzi, e aspettava il permesso di usare i loghi del CERN e della sua università per rendere pubblico il progetto. Se tutto fosse andato bene, più o meno a fine Febbraio, dopo aver presentato il progetto all'ATLAS Week, l'idea sarebbe stata lanciata anche sul sito di LEGO Ideas, per diventare magari un set LEGO ufficiale.

MicroLHC_LatLon-24-28_Omni-800x439

Il set dei modellini dei rivelatori di LHC è approdato sul sito di LEGO Ideas proprio qualche giorno fa. Non sono bellissimi? Andate e sostenete, e chissà che la LEGO non decida di farne una scatola che sarà possibile comprare nei negozi.

Per chi non avesse la pazienza di aspettare, sul sito di Build Your Own particle Detector c'è già la lista dei pezzi, da comprare direttamente da LEGO Pick-A-Brick, e le istruzioni da scaricare. Il costo dei pezzi per fare i quattro rivelatori e i magneti dell'acceleratore, se comprati direttamente dalla LEGO, è di circa 50 EUR. Chi vuole cimentarsi? Mi sembra un bel progetto, magari per una classe. Io conto di farlo al più presto!

Nathan_LEGO_LHC_ATLAS_Week_2015-02
Nathan presenta i suoi modellini all'ATLAS Week di Febbraio (foto di John Butterworth)

 

La migliore delle avventure

19 commenti

Sabato pomeriggio, complice un'amica di cui non farò il nome, sono sceso a visitare CMS con tutta la famiglia, pupa compresa: apparentemente le regole di sicurezza per accedere a CMS sono meno severe di quelle di ATLAS. C'erano altri amici con prole, e c'era anche A., un collega di Irene, ingegnere di formazione, appassionato di fisica per diletto, ed esperto di navi per mestiere, perché spesso la vita è strana e conduce verso porti inaspettati.

I bambini erano entusiasti, anche se probabilmente non hanno apprezzato appieno la maestà del rivelatore (che, è vero, è più piccolo di ATLAS, ma è pur sempre enorme!), le sue dimensioni, ed il fatto di essere a 80 metri sotto terra. Le bocche più spalancate era quelle degli adulti, perché avere un metro di confronto più chiaro rende questi momenti ancora più spaesanti. Inizialmente Giulia era un po' timida, non tanto per la stranezza della zona sperimentale, quanto perché tutti gli altri bambini erano un po' più grandi di lei, e, soprattutto, tutti maschi! La tensione si è però sciolta in fretta, e, passato il broncio iniziale, la serata è continuata allegra. Il suo commento innocente, alla fine della visita, è stato: "Tutti questi esperimenti mi sembrano comunque un po' difficili da capire!".

Mentre risalivamo in superficie, dopo avermi bombardato con mille domande, A. fantasticava sull'avvenire dei bambini del gruppo. Chissà come cresceranno, mi chiedeva, con genitori impegnati in un mestiere così incredibile? Saranno futuri scienziati? Piccoli geni? A pensarci bene, non ne sono sicuro. La conoscenza scientifica non si trasmette per osmosi, e il fatto di avere genitori scienziati non significa affatto che i figli ne sapranno di più degli altri bambini, o che ne vorranno seguire o imitare le  tracce.

Provando a rispondere alla domanda di A., mi è però venuto questo pensiero. Al di là dell'insegnare o meno la scienza che si fa per lavoro, ci sono due cose che mi sembrano veramente importanti da trasmettere. Da una parte, passare loro il gusto del ricercare, del domandarsi senza sosta "perché?", del voler scoprire ogni giorno un pochino di più, senza accontentarsi delle risposte che ci sono già. Dall'altra, insegnare loro a utilizzare il metodo scientifico, quello che fa danzare a braccetto l'ipotesi teorica e la verifica sperimentale, senza che l'una o l'altra prenda il sopravvento. Perché, per costruire la nostra conoscenza, abbiamo bisogno tanto di una sistematizzazione teorica, quanto di solide prove sperimentali. In questo i bambini possono essere davvero bravissimi: non c'è nessuna teoria a cui siano già particolarmente affezionati da non volerla buttare via se sbagliata, e l'andare a verificare con mano le ipotesi fatte è per loro la migliore delle avventure. Riuscire a insegnare loro almeno questo, credo, può da solo dare un senso al mestiere della ricerca inutile.

2013-11-03_Giulia_CMS_hat

I vincitori del gioco di riconoscimento degli event display

10 commenti

Quello che ho fatto per scegliere i vincitori del gioco di riconoscimento degli event display, è stato, nell'ordine, più o meno questo. Ho ordinato coloro che hanno inviato tutte le associazioni esatte, e li ho numerati tra 1 e 9. Ho fatto lo stesso con i restanti, assegnando in questo caso un numero tra 1 e 21. Sono andato su Random.org, e ho fatto estrarre due numeri casuali, il primo appunto tra 1 e 9, l'altro tra 1 e 21. Sono infine tornato indietro sui miei appunti a controllare, per vedere a chi corrispondessero i due nomi. Semplice, vero?

Ecco i risultati. Il vincitore della maglietta del CERN è Luca, che ha mandato le sue soluzioni il 27 agosto, e che, deduco dalla sua email, scriveva da Frascati. Luca, ti ho scritto in privato, per sapere che maglietta preferisci, di che colore e di che taglia, e dove spedirla. Poi ci mandi una foto, eh? Magari la pubblico. Il vincitore della cartolina di consolazione è invece Domenico, che tra l'altro mi scriveva di aver quasi rinunciato a partecipare. Vedete che non si può mai sapere? Vado alla cartoleria del CERN a comprare cartolina e francobollo.

A tutti gli altri: grazie per aver partecipato. Più ci penso, e più mi convinco che per molti deve essere stato difficile. Ne valeva la pena, però, vero? Vedremo che cosa potremo inventare per l'estate prossima...

Le soluzioni al gioco degli event display, e qualche considerazione

42 commenti

I giochi sono chiusi, dopo più di un mese è arrivato il momento di tirare le fila del gioco di riconoscimento degli event display. Prima di darvi le soluzioni, mi permetto di fare qualche considerazione.

Il gioco era difficile? Forse più difficile di quanto avessi immaginato, sicuramente abbastanza da scoraggiare una buona frazione di lettori. Il numero di soluzioni che ho ricevuto entro la scadenza non è gigante, sono solo 30. Visti gli accessi alla pagina del gioco, e soprattutto quelli per le pagine dei singoli event display (quello che è stato visualizzato meno volte, ha avuto comunque poco meno di 200 accessi), mi aspettavo più tentativi di risposta. Vi siete scoraggiati? Nonostante l'introduzione del premio di consolazione? Peccato. Forse c'è stato anche un effetto vacanze, o forse un gioco come questo, che richiede di ritagliare un periodo di attenzione superiore ai tre minuti, non è adatto al web. Magari invece 30 risposte sono una valanga rispetto al tema e alla difficoltà del gioco, e dovrei solo essere contento. Chissà.

Risposte più o meno esatte. Delle 30 soluzioni ricevute, ce ne sono 9 completamente corrette. Non mi sembra male, soprattutto se considerate che ce ne sono altre 4 con solo 14 abbinamenti esatti, ovvero in cui i solutori hanno invertito le soluzioni di due event display apparentemente simili. Tra l'altro, mi sono reso conto che in gioco del genere non è possibile fare un solo errore: il minimo è due, invertendo due abbinamenti. Se si fanno più di due errori, invece, un numero dispari di errori diventa possibile, perché le possibilità di abbinare male aumentano. C'è anche una risposta con nessun abbinamento corretto, ma non è molto significativa: il solutore ha inviato scoraggiato solo una risposta su 16, purtroppo sbagliata. Forse non era la strategia migliore, secondo me anche tirando a caso la probabilità di azzeccare qualche abbinamento in più c'era. In ogni caso, un "bravo!" sincero a tutti quelli che si sono cimentati!


Le soluzioni, finalmente. Potrei discutere i singoli eventi display per ore, e magari lo facciamo diffusamente nei commenti. Qui invece pubblico direttamente gli abbinamenti corretti, così controllate le vostre risposte da soli. Eccoli:

  • 1. (C) Z\to\tau^+\tau^-
  • 2. (G) ZZ\to e^+e^-q\bar{q}
  • 3. (L) WW\to \mu\nu\mu\nu
  • 4. (N) WW\to \tau\nu\mu\nu
  • 5. (A) Z\to e^+e^-
  • 6. (P) WW\to \mu\nu q\bar{q}
  • 7. (R) WW\to q\bar{q}q\bar{q}
  • 8. (Q) WW\to \tau\nu q\bar{q}
  • 9. (B) Z\to\mu^+\mu^-
  • 10. (E) Z\to q \bar{q} g
  • 11. (O) WW\to e\nu q\bar{q}
  • 12. (I) WW\to e\nu\mu\nu
  • 13. (M) WW\to \tau\nu\tau\nu
  • 14. (D) Z\to q \bar{q}
  • 15. (F) ZZ\to e^+e^-\mu^+\mu^-
  • 16. (H) ZZ\to \mu^+\mu^-q\bar{q}

Gli errori più comuni. Mentre correggevo, ho provato a tenere traccia degli errori più comuni, in particolare quelli che hanno portato a invertire gli abbinamenti di coppie di event display. In modo molto approssimativo, mi sembra vi abbiano in particolare tratto in inganno gli eventi 4 (WW\to \tau\nu\mu\nu) e 12 (WW\to e\nu\mu\nu), per i quali diversi tra voi hanno dato la risposta invertita. Qui come altrove, immagino che il problema sia stato distinguere le traccie di leptone tau, che nel caso specifico molti hanno confuso con un elettrone. In effetti, la presenza dei tau era una trappola, perché nella serie sui rivelatori non ne abbiamo mai parlato esplicitamente. Quello che dunque uno avrebbe dovuto fare era cercare di capire come di comporta un tau una volta prodotto, per scoprire che nella maggior parte dei casi decade principalmente in adroni. E a questo punto, come si comporta una cascatella di adroni era qualcosa di cui avevamo parlato!

Un'altra bestia grama è stato il display 8 (WW\to \tau\nu q\bar{q}, di nuovo un tau dunque, ma non solo), che in effetti era probabilmente uno dei più complessi: è stato abbinato praticamente a tutto! Fossi stato in voi, lo avrei lasciato per ultimo, e tentato di identificarlo per esclusione una volta eliminati gli altri. Chiaramente, per certi event display la distinzione tra le diverse parti dei rivelatori era più immediata (quelli di ALEPH erano probabilmente i più intuitivi in questo senso), per altri bisognava lavorare più di fantasia, o cercare in rete. O, semplicemente, chiedere... 🙂

I vincitori. Chiuse le danze, mentre ci accanite a discutere le soluzioni, io passo a estrarre i vincitori. Tirerò a sorte la maglietta tra gli autori delle 9 soluzioni esatte, e la cartolina di consolazione tra tutti gli altri 21. Vi faccio sapere appena ho fatto. Intanto, voi ditemi se vi siete divertiti, o magari persino infuriati.

P.S. Mentre pubblicavo le risposte, mi sono detto che magari qualcuno/a potrebbe aver voluto riutilizzare le risposte per un'attività didattica di qualche tipo, e il fatto che le soluzioni siano pubbliche in rete non lo/a aiuta molto. Nel caso, mi fate sapere? Facciamo sempre in tempo a trovare altri event display, e a mettere insieme un gioco simile.

Scopri l'evento! Il gioco dell'estate 2012

19 commenti

Come promesso, ecco i 16 event display e le descrizioni degli eventi da associare per partecipare al gioco. Quando pensate di avere la soluzione, mandatela (sotto forma di coppie numero-lettera) a questo indirizzo email:

eventdisplaygame@borborigmi.org

Non credo di dovervelo ricordare, ma tra chi avrà risposto esattamente (o, nel caso di nessuna risposta esatta, tra le risposte che meglio si avvicinano) estrarrò a sorte il vincitore della maglietta del CERN messa in palio! C'è tempo fino al 7 settembre, ché qui ci piace prendercela comoda 🙂 [Aggiornamento, 8 Settembre 2012: il tempo per inviare le risposte è scaduto, le soluzioni sono qui].

Aggiornamento [30 agosto 2012]: a grande richiesta, introduco anche un premio di consolazione. Una cartolina del CERN firmata dal sottoscritto, da estrarre a sorte tra tutti quelli che avranno partecipato al gioco, a prescindere dalla bontà della risposta. Siete contenti?

Per la cronaca, per il gioco ho preso a prestito gli event display che nel 2010 il servizio di comunicazione del CERN aveva stampato su sedici tavolini della caffetteria del CERN, proponendo un gioco simile. Si tratta di viste trasversali di eventi reali, registrati a suo tempo dai quattro esperimenti che hanno funzionato al CERN sull'acceleratore LEP, il collisore di elettroni e positroni che occupava il tunnel di 27 chilometri prima di LHC. Alcuni eventi sono più semplici da riconoscere, altri richiedono più attenzione e forse persino qualche ricerca, tutti necessitano la rilettura della serie sui rivelatori di particelle. Siete pronti? Buona fortuna, e buone vacanze!

Gli eventi...

Etichettati da A a R, ecco i sedici eventi da scoprire:
  • (A) Z\to e^+e^-
  • (B) Z\to\mu^+\mu^-
  • (C) Z\to\tau^+\tau^-
  • (D) Z\to q \bar{q}
  • (E) Z\to q \bar{q} g
  • (F) ZZ\to e^+e^-\mu^+\mu^-
  • (G) ZZ\to e^+e^-q\bar{q}
  • (H) ZZ\to \mu^+\mu^-q\bar{q}
  • (I) WW\to e\nu\mu\nu
  • (L) WW\to \mu\nu\mu\nu
  • (M) WW\to \tau\nu\tau\nu
  • (N) WW\to \tau\nu\mu\nu
  • (O) WW\to e\nu q\bar{q}
  • (P) WW\to \mu\nu q\bar{q}
  • (Q) WW\to \tau\nu q\bar{q}
  • (R) WW\to q\bar{q}q\bar{q}

La freccia \to indica che la particella (o le particelle) a sinistra dell'equazione decadono in quelle a destra: sono dunque quelle a destra della freccia che dovete cercare di riconoscere. Per i distratti, simboli: e sono elettroni, \mu muoni, \tau leptoni "tau" (come si comportano? Ve lo lascio scoprire da soli!), \nu neutrini, q sono quark, e g gluoni. A volte è segnalata la carica elettrica, a volte no, ma non è mai veramente importante per ritrovare l'evento. Una barra sopra un simbolo indica un'antiparticella, ma anche un questo caso l'informazione non è cruciale per risolvere il gioco.

... e gli event display

Cliccando su ognuna delle immagini, finirete su una pagina con una versione ingrandita di ogni immagine, da studiare per bene. Ogni immagine è etichettata con un numero da 1 a 16.

Scopri l'evento! Le istruzioni per giocare, e il premio

9 commenti

Come scrivevo alla fine della serie sui rivelatori di particelle a LHC, prima di partire per le vacanze mi piacerebbe lanciare ai lettori di Borborigmi una sfida estiva, un giochino per riempire il tempo mentre il sottoscritto si prende il meritato riposo.

Ecco l'idea: se avete seguito la serie sui rivelatori, dovreste essere in grado di riconoscere la presenza delle diverse particelle in un event display di un qualunque esperimento di fisica delle particelle agli acceleratori: in fondo, si assomiglino tutti, no? Quello che conto di fare è dunque pubblicare 16 event display semplici semplici, e 16 descrizioni degli eventi di fisica corrispondenti (per esempio, "un bosone Z che decade in due elettroni"). Il gioco consiste nell'associare in modo corretto ogni event display con la descrizione corretta. Facile, vero?

Gli event display e le descrizioni verranno pubblicati tra qualche giorno, gli uni numerati da 1 a 16, le altre da A a R. Nello stesso articolo troverete l'indirizzo email al quale dovete mandare la soluzione, sotto forma di coppia numero-lettera. Il gioco resterà aperto per tutto il mese di agosto, e la scadenza ultima per mandare le risposte sarà venerdì 7 settembre. Tra tutti coloro che avranno risposto correttamente (o, nel caso non ci siano risposte esatte, tra quelle che più si avvicinano), tirerò a sorte una vincitrice o un vincitore, che riceverà in premio... una maglietta del CERN, a scelta tra una più teorica, con la lagrangiana del Modello Standard:

o una più sperimentale, con un bel event display (di cosa? Ve lo lascio indovinare!):

Nella realtà le magliette assomigliano di più a qualcosa del genere:

e, nel caso di quella con l'event display, c'è anche una discreta scelta di colori:

Che ne dite? Vi stuzzica? Una regola aggiuntiva: sarà vietato dare le risposte nei commenti, altrimenti che gusto c'è? Al limite potrete discutere di come si leggano gli event display, ma senza dare suggerimenti specifici: Sarò inflessibile. E dunque... tenetevi pronti!

Aggiornamento [30 agosto 2012]: a grande richiesta, introduco anche un premio di consolazione. Una cartolina del CERN firmata dal sottoscritto, da estrarre a sorte tra tutti quelli che avranno partecipato al gioco, a prescindere dalla bontà della risposta. Siete contenti?

Rivelatori di particelle a LHC. La serie completa.

24 commenti

Ce l'ho fatta! In poco più di un anno, tra un momento di pigrizia, un nuovo datore di lavoro, e la scoperta di una nuova particella, sono riuscito a finire la serie di articoli sui rivelatori di particelle a LHC, iniziata nell'ormai lontano 18 Marzo del 2011. A questo punto, se mettete tutte le informazioni insieme, dovreste capire - almeno a grandi linee - come riconosciamo le particelle all'interno dei nostri esperimenti. Spero che la serie vi sia  piaciuta, almeno quanto ha fatto piacere a me scriverla.

Volete rileggere tutto da capo? Ecco i link alle dieci parti, più i due intermezzi, nell'ordine corretto:

Da tutte queste informazioni, dovreste avere una visione d'insieme di come le particelle prodotte nelle collisioni si manifestino all'interno dei diversi strati dei rivelatori. Dall'interno verso l'esterno, più o meno così:

Come avete imparato, la geometria dei rivelatori è però cilindrica. Nella realtà, lo stesso schema assomiglia piuttosto a qualcosa del genere in ATLAS, se ne prendete una fetta:

E, analogamente, a qualcosa di questo tipo in CMS:

Qualcuno mi ha chiesto se penso di mettere insieme questi articoli in un libretto, in modo simile a quello che avevo fatto per la serie sugli acceleratori e il funzionamento di LHC. La risposta è: forse sì, ma certo non immediatamente, per almeno tre ragioni. Primo, sto per andarmene in vacanza per un po', e dunque al limite se ne riparla al rientro. Secondo: una parte di questo materiale finirà probabilmente in un altro progetto un po' più ambizioso (di cui magari vi racconto dopo le vacanze. Ah, come sono misterioso!), per cui preferirei evitare che finisca anche altrove, almeno nell'immediato. Terzo: con tutto quello che avete imparato, non penserete mica che sia tutto finito qui? Prima di sparire in vacanza per un po', ho intenzione di lanciare un gioco (con ricco premio finale), basato proprio proprio sul contenuto di questa serie. Vorrete mica che mi metta a rilegare articoli, quanto invece posso spendere il mio scarsissimo tempo libero a preparare una sfida estiva per i miei lettori?

Rivelatori di particelle a LHC. Nona parte: i puntini lasciati dai muoni.

7 commenti

Cosa ci resta da rivelare? Nelle puntate precedenti abbiamo visto come misurare le tracce di particelle cariche, come distinguere elettroni da fotoni e protoni da neutroni, e come fare a osservare quark e gluoni. Cosa manca? Poca roba. I neutrini, e in generale le particelle che non interagiscono poco o niente, e i muoni. Di questi ultimi parliamo velocemente oggi.

Il muone è il cugino pesante dell'elettrone: è elettricamente carico allo stesso modo, ha lo stesso spin, ma ha una massa circa 210 volte maggiore. Per le strane leggi che regolano l'interazione delle particelle con la materia, il fatto che sia più pesante fa sì che, a parità di energia, un muone interagisca molto meno che suo cugino l'elettrone mentre attraversa i rivelatori. Scordatevi dunque che generi uno sciame simile a quelli indotti dagli elettroni nei calorimetri elettromagnetici. I muoni possono emettere fotoni in modo analogo, ma si tratta di un'eventualità molto meno probabile che per gli elettroni. Nella maggior parte dei casi, i muoni si limitano ad attraversare i materiali perdendo ben poca energia, e proseguendo praticamente indisturbati.

Siccome sono elettricamente carichi, i muoni lasciano una scia nel rivelatore centrale. Troppo spesso però sono talmente energetici che le loro tracce sono praticamente diritte, per cui la misura del loro momento fatta dal solo tracciatore grazie alla curvature nei campo magnetico centrale è poco affidabile. Tradizionalmente, la soluzione a questo problema consiste nell'equipaggiare l'esterno dei rivelatori con un tracciatore analogo nel concetto a quello centrale, ma diverso nella tecnologia e sopratutto nelle dimensioni. Permettere ai muoni di muoversi in un campo magnetico su distanze maggiori, garantisce infatti curvature maggiori, e dunque misure più precise.

Dopo i calorimetri adronici, praticamente tutti gli esperimenti di fisica delle particelle agli acceleratori hanno dunque uno tracciatore dedicato ai muoni. I piccoli pixel al silicio dei tracciatori centrali sono sostituiti da grandi camere, ma il concetto resta lo stesso: vedere un puntino accendersi al passaggio de muone, e ricostruire una traccia unendo i puntini, magari combinando quelli del tracciatore centrale con quelli dello spettrometro esterno.

Muoni in CMS
un muone attraversa CMS

Resta la questione del campo magnetico: quale utilizzare? Qui le soluzioni sono spesso diverse. CMS per esempio usa lo stesso campo centrale usato dal tracciatore interno, ragione per la quale può vantarsi dell'aggettivo "compatto", con tutti i vantaggi (anche economici) e gli svantaggi (ricordate i problemi dei calorimetri immersi nei campi magnetici?). ATLAS invece ha deciso di equipaggiarsi di un secondo campo campo magnetico, in modo da lasciare intonsi i calorimetri. Si tratta di un campo di forma toroidale e non solenoidale, dedicato esclusivamente allo spettrometro a muoni. Un toro, per la cronaca, è una figura geometrica simile a una ciambella: il campo toroidale di ATLAS avvolge l'esperimento come un salvagente, ed è generato con il consueto principio dell'elettrocalamita, solo che questa volta gli avvolgimenti sono delle enormi bobine lunghe circa 20 metri e alte circa 4, che caratterizzano la forma di ATLAS.

Installazione delle bobine del campo magnetico toroidale di ATLAS

(continua)