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Attività Scientifica

 

CMS (Compact Muon Solenoid) e' uno dei due grandi esperimenti "general-purpose" di fisica delle particelle installati all'acceleratore protone-protone LHC del laboratorio CERN di Ginevra. Circa 3600 persone da 183 istituti scientifici di 38 stati formano la collaborazioneCMS che ha costruito il rivelatore.

Il rivelatore CMS e' capace di studiare tutti gli aspetti fisici delle collisioni protone-protone ad un'energia nel centro di massa di 14 TeV (1 TeV = 1000 miliardi di elettronvolt = 1012 eV). L'apparato sperimentale contiene sotto-rivelatori capaci di misurare l'energia e l'impulso di fotoni, elettroni, muoni e altre particelle create nelle collisioni. E' suddiviso geometricamente in una parte cilindrica centrale ("barrel") chiuso alle due estremita' da due tappi ("endcaps"). Il rivelatore piu' vicino al punto di collisione e' il tracciatore a silicio. Attorno ad esso vi e' il calorimetro elettromagnetico, che e' poi seguito dal calorimetrico adronico. Il tracciatore ed i calorimetri sono collocati all'interno del magnete solenoidale superconduttore che genera un campo magnetico di 4 Tesla. All'esterno del magnete vi e' il sistema di rivelazione dei muoni,che e' collocato nel giogo in ferro che chiude le linee di forza del campo magnetico.

L'intero apparato sperimentale di CMS ha un diametro di 15 m, e' lungo 21m ed ha un peso totale di oltre 12000 tonnellate.

I principali obiettivi dell'esperimento sono:

 

susyany.jpg Evento simulato che mostra la produzione di una particella supersimmetrica in CMS. Ogni sottorivelatore di CMS e' utilizzato per rivelare e misurare le proprieta' delle particelle prodotte: elettroni, muoni, neutrini e jets, prodotti da quarks.

L'attivita' di ricerca del gruppo di Pisa e' divisa in due grandi filoni:

  • L'analisi dei dati e lo sviluppo del software di CMS e la parte di rivelatori, con i progetti di operation
  • R&D per l'attuale tracciatore al Silicio e la prossima generazione del detector prevista per l'upgrade dell'esperimento. 
 Quella che segue è la lista delle pubblicazioni scientifiche di CMS e individuali a cui hanno contribuito in modo significativo i membri del gruppo di Pisa (la lista potrebbe essere incompleta):
                          • Ricerca e studio del Bosone di Higgs
                            • A. Tumasyan et al. [CMS Collaboration], Search for nonresonant Higgs boson pair production in final state with two bottom quarks and two tau leptons in proton-proton collisions at √s=13 TeV, Phys. Lett. B 842 (2023) 137531, DOI: j.physletb.2022.137531 
                            • A.M. Sirunyan et al. [CMS Collaboration], Evidence for Higgs boson decay to a pair of muons, J. High Energ. Phys. 2021, 148 (2021), DOI: 10.1007/JHEP01(2021)148
                            • A.M. Sirunyan et al. [CMS Collaboration], Combination of searches for Higgs boson pair production in proton-proton collisions at √s=13 TeV, Phys. Rev. Lett. 122 (2019) 121803, DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.121803.
                            • A.M. Sirunyan et al. [CMS Collaboration] Search for Higgs boson pair production in events with two bottom quarks and two tau leptons in proton-proton collisions at √s=13 TeV, Phys. Lett. B778 (2018), pp. 101-127. DOI: 10.1016/j.physletb.2018.01.001.
                            • A.M. Sirunyan et al. [CMS Collaboration], Observation of Higgs boson decay to bottom quarks, Phys. Rev. Lett. 121 (2018) 121801, DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.121801
                            • A.M. Sirunyan et al. [CMS Collaboration], Evidence for the Higgs boson decay to a bottom quark-antiquark pair, Phys.Lett. B780 (2018) 501-532, DOI:10.1016/j.physletb.2018.02.050 .
                            • V. Khachatryan et al. [CMS Collaboration], Searches for a heavy scalar boson H decaying to a pair of 125 GeV Higgs bosons hh or for a heavy pseudoscalar boson A decaying to Zh, in the final states with h→ττ, Phys. Lett. B755 (2016), pp. 217–244. DOI: 10.1016/j.physletb.2016.01.056 .
                            • G. Aad et al. [CMS e ATLAS collaboration] , Measurements of the Higgs boson production and decay rates and constraints on its couplings from a combined ATLAS and CMS analysis of the LHC pp collision data at √s = 7 and 8 TeV, J. High Energ. Phys. 2016, 45 (2016). DOI: 10.1007/JHEP08(2016)045
                            • V. Khachatryan et al. [CMS Collaboration], Search for resonant pair production of Higgs bosons decaying to two bottom quark–antiquark pairs in proton–proton collisions at 8 TeV', Phys.Lett. B749 (2015) 560-582, DOI: 10.1016/j.physletb.2015.08.047
                            • The CMS Collaboration, Evidence for the direct decay of the 125 GeV Higgs boson to fermions,  Nature Phys. 10 (2014) 557-560, DOI:10.1038/nphys3005
                            • S. Chatrchyan et al. [CMS Collaboration],  Search for the standard model Higgs boson produced in association with a W or a Z boson and decaying to bottom quarks, Phys. Rev. D 89 (2014)  012003, DOI: 10.1103/PhysRevD.89.012003
                            • S. Chatrchyan et al. [CMS Collaboration], Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC, Phys. Lett. B 716 (2012) 30, DOI: 10.1016/j.physletb.2012.08.021
                            • S. Chatrchyan et al. [CMS Collaboration], Search for the standard model Higgs boson decaying to bottom quarks in pp collisions at √s = 7 TeV, Phys. Lett. B 710 (2012) 284,  DOI:10.1016/j.physletb.2012.02.085
                          • Fisica dei Sapori Pesanti
                            • A.M. Sirunyan et al. [CMS Collaboration], Measurement of the CP-violating phase ϕs in the
                               B0s → J/ψφ(1020) → μ+μ- K+K- channel in proton-proton collisions at √s= 13 TeV ,                               Phys. Lett. B 816 (2021) 136188, DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136188
                            • V. Khachatryan et al. [CMS Collaboration], Measurement of the CP-violating weak phase φs and the decay width difference ΔΓs using the B0s → J/ψφ(1020) decay channel in pp collisions at √s= 8 TeV , Phys. Lett. B 757, 97 (2016), DOI: 10.1016/j.physletb.2016.03.046
                            • V. Khachatryan et al. [CMS and LHCb Collaborations], Observation of the rare B0s →μ+μ- decay from the combined analysis of CMS and LHCb data.  Nature 522 (2015) 68-72, DOI: 10.1038/nature14474
                            • S. Chatrchyan et al. [CMS Collaboration], Measurement of the B0s →μ+μ- Branching Fraction and Search for B0-→μ+μ- with the CMS Experiment.  Phys. Rev. Lett. 111 (2013) 101804, DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.101804
                            • S. Chatrchyan et al. [CMS Collaboration], Measurement of the X(3872) production cross section via decays to J/ψπ + π − in pp collisions at √s=7 TeV, J. High Energ. Phys. 2013, 154 (2013), DOI: 10.1007/JHEP04(2013)154
                            • S. Chatrchyan et al. [CMS Collaboration], J/ψ and ψ(2S) production in pp collisions at √s=7TeV, J. High Energ. Phys. 2012, 11 (2012), DOI: 10.1007/JHEP02(2012)011 
                            • V. Khachatryan et al. [CMS Collaboration], Prompt and non-prompt J/ψ production in pp collisions at √s=7 TeV, Eur. Phys. J. C 71, 1575 (2011), DOI: 10.1140/epjc/s10052-011-1575-8
                          • Studio dei Bosoni W e Z
                            • Paolo Azzurri, Marek Schönherr, and Alessandro Tricoli, Vector bosons and jets in proton collisions, Rev. Mod. Phys. 93, 025007 (2021), DOI: 10.1103/RevModPhys.93.025007
                            • V. Bertacchi, L. Bianchini, E. Manca, G. Rolandi, S. Roy Chowdhury, Impact of the PDFs on the Z and W lineshapes at LHC, Eur. Phys. J. C 80, 328 (2020), DOI: 10.1140/epjc/s10052-020-7892-z
                            • L. Bianchini, G. Rolandi, A critical point in the distribution of lepton energies from the decay of a spin-1 resonance, J. High Energ. Phys. 2019, 44 (2019), DOI: 10.1007/JHEP05(2019)044
                          • Ricerca di nuove particelle e di fisica oltre i Modello Standard
                            • A.M. Sirunyan et al. [CMS Collaboration], Search for resonant and nonresonant new phenomena in high-mass dilepton final states at sqrt(s)= 13 TeV, J. High Energ. Phys. 2021, 8 (2021), DOI: 10.1007/JHEP07(2021)208 
                          • Sviluppo rivelatori e costruzione apparati
                          • Tecniche di ricostruzione degli eventi
                            • S. Ajuha et al., Charged particle tracking in real-time using a full-mesh data delivery architecture and associative memory techniques, JINST 17 P12002 (2022), DOI: 10.1088/1748-0221/17/12/P12002
                            • T. Armen et al. [CMS Collaboration], Strategies and performance of the CMS silicon tracker alignment during LHC Run 2, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 1037 (2022) 166795, DOI: 10.1016/j.nima.2022.166795
                            • A.M. Sirunyan et al. [CMS Collaboration], A deep neural network for simultaneous estimation of b jet energy and resolution, Comput Softw Big Sci 4, 10 (2020), DOI: 10.1007/s41781-020-00041-z
                            • S. Chatrchyan et al. [CMS Collaboration], Identification of b-quark jets with the CMS experiment,   JINST 8 (2013) P04013, DOI: 10.1088/1748-0221/8/04/P04013  
                            • Infrastrutture e strumenti di calcolo per analisi dati
                              • T. Boccali et al, Dynamic Distribution of High-Rate Data Processing from CERN to Remote HPC Data Centers, Comput.Softw.Big Sci. 5 (2021) 1, 7, DOI: 10.1007/s41781-020-00052-w