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Tesi Triennali - Proposte su attività hardware
Per informazioni:
Prof. Paolo Camerini paolo.camerini@ts.infn.it
Prof. Giacomo Vito Margagliotti giacomo.margagliotti@ts.infn.it
Prof. Giacomo Contin giacomo.contin@ts.infn.it
Caratterizzazione della risposta di sensori MAPS con geometria curva e studio della loro integrazione in un apparato di rivelazione
Questo progetto di tesi si rivolge a studenti e studentesse interessati alla comprensione e lo studio delle funzionalità di sensori di silicio di ultima generazione per la rivelazione di particelle cariche. I sensori si basano sulla tecnologia MAPS (Monolithic Active Pixel Sensor) che incorporano il volume sensibile e la logica di elaborazione del segnale nello stesso cristallo di silicio, spesso poche decine di micron. I sensori sono stati sviluppati per la fisica ai collisionatori di particelle tipo LHC, ma il loro uso si sta ora diffondendo anche negli ambiti di fisica medica, dello spazio, della luce di sincrotrone. L'attività di tesi si concentrerà sull’ottimizzazione e l’analisi delle prestazioni dei sensori in diverse configurazioni geometriche e meccaniche, in vista di possibili applicazioni future in cui i sensori saranno curvati per soddisfare particolari esigenze di progettazione del rivelatore. La ricerca includerà lo sviluppo di soluzioni per l’integrazione del sensore con le interconnessioni e l’apparato di rivelazione.
Caratterizzazione della risposta in energia di sensori MAPS in silicio a risposta digitale
I Sensori in silicio a Pixel Monolitici Attivi sono dei rivelatori di ultima generazione sviluppati per il tracciamento di particelle cariche agli acceleratori di particelle. Tuttavia, data la loro versatilità, stanno trovando applicazione anche in molti altri ambiti, come la fisica medica, l’astrofisica e gli studi con luce di sincrotrone. Nonostante siano stati ottimizzati per misure di posizione e presentino una risposta puramente digitale in uscita, i sensori MAPS hanno anche la possibilità di misurare la perdita di energia delle particelle incidenti. Il presente progetto di tesi si prefigge di indagare questa capacità dei sensori MAPS, in vista di possibili applicazioni future anche al di fuori dei collisionatori di particelle ad alta energia. L’attività sarà svolta nei laboratori dell’INFN di Trieste.
Realizzazione di un telescopio di sensori MAPS in silicio
Alcune attività di caratterizzazione di rivelatori richiedono necessariamente l’utilizzo di un telescopio: questo strumento è formato da due o più piani di rivelatori di posizione che permettono di tracciare le particelle che intercettano il sensore sotto test posizionato tra di essi. Questo progetto di tesi ha come obiettivo la realizzazione di un telescopio di Sensori a Pixel Monolitici Attivi (MAPS) di silicio. Comprende la familiarizzazione con il software di gestione del telescopio e dei singoli piani di sensori MAPS, e l’uso di algoritmi di allineamento e di ricostruzione delle tracce. Il telescopio realizzato sarà utilizzato per testare prototipi di rivelatori innovativi basati sulle tecnologie innovativi rivelatori di tempo al silicio Low Gain Avalanche Diode (LGAD) e/o piccole strutture MAPS di test.
Tesi Triennali - Proposte di Analisi Dati
L’offerta consiste in svariate proposte di tesi incentrate sull’analisi dei dati recentemente raccolti mediante l'apparato ALICE presso l’acceleratore LHC. Le tesi proposte includono anche lo sviluppo e l’utilizzo di algoritmi e strumenti di analisi avanzati quali machine learning. Tali proposte sono elencate qui di seguito.
Per informazioni:
Prof. Paolo Camerini paolo.camerini@ts.infn.it
Dott. Stefano Piano stefano.piano@ts.infn.it
Dott.ssa Grazia Luparello grazia.luparello@ts.infn.it
Dott.ssa Valentina Zaccolo valentina.zaccolo@ts.infn.it
Ottimizzazione di algoritmi e codice C++17 nel contesto del nuovo framework O2 per l'analisi dei dati dell'esperimento ALICE
Questo progetto di tesi prevede la riscrittura del corrente codice per misurare la molteplicità di particelle cariche prodotte in una collisione al LHC da C++11 a C++17. Il cuore del progetto prevede l'adattamento del codice all'hardware che verrà utilizzato dall'esperimento a partire dal 2021 e l'ottimizzazione all'elevato rate di presa dati (~100GB/s). La misura ottenuta dal candidato/a verrà infine comparata con il risultato pubblicato da ALICE.
Misura delle proprietà di scaling di Koba-Nielsen-Olesen delle particelle cariche prodotte nella regione dell'Underlying Event in collisioni protone-protone ad LHC
Questo progetto di tesi ha come obiettivo la comprensione della fenomenologia dell'evento di collisione ad alte energie a partire dalle misure di molteplicità delle particelle nella regione trasversa dell'evento. Se lo scaling di Koba-Nielsen-Olesen viene rispettato la produzione di particelle è governata da fenomeni di cromodinamica quantistica non perturbativi.
Studio della fenomenologia di collisioni protone-protone e ione-ione ad alte energie tramite il generatore di eventi Pythia
La comprensione della fenomenologia di un evento di collisione ad alta energia passa attraverso la simulazione dell'evento con metodi di generazione basati su algoritmi Monte Carlo. Uno dei principali generatori Monte Carlo utilizzati in fisica delle particelle è Pythia. Nel progetto di tesi vedremo come utilizzarlo per studiare collisioni tra protoni, ma anche collisioni tra ioni pesanti, in particolare per comprendere se le principali osservabili misurate necessitano di assunzione di idrodinamica relativistica per essere riprodotte.
Misura di produzione di mesoni contenti quark charm in collisioni protone-protone ad LHC
Lo studio della produzione di mesoni che contengono quark charm in collisioni protone-protone ci permettono di comprendere la cromodinamica quantistica perturbativa ad alte energie e di studiare le dinamiche tra partoni. Per analizzare al meglio questi processi si possono utilizzare diverse classificazioni dell'evento come la sfericità o RT (numero di particelle prodotte nella regione trasversa dell'evento). Il/la candidato/a avrà come obiettivo finale la misura della produzione di mesoni charmati alle più alte energie mai prodotte ad LHC.
Studio della produzione del barione charmato Xic0 in collisioni protone-protone o protone-piombo con tecniche di Machine Learning.
Argomento: lo studente/la studentessa dovrà studiare la produzione del barione Xic0 formato dai quarks d,s,c tramite la ricostruzione del suo decadimento adronico in Xi e pione in collisioni protone-protone o protone-piombo. Tale misura permette di studiare i meccanismi di adronizzazione del quark c. Essendo Xic0 un segnale “raro”, l’utilizzo di tecniche di Machine Learning è fondamentale per ridurre le incertezze statistiche della misura, aumentando la reiezione del fondo combinatoriale e massimizzando l’efficienza di selezione.
Studio della interazione Λ-K mediante lo studio della correlazione in impulso
Tesi triennale/magistrale Argomento: lo studio dell’interazione tra barioni Λ e mesoni K è importante per comprendere la natura delle stelle di neutroni e dell'interazione tra due quark s. Lo studente/la studentessa analizzerà i dati provenienti da collisioni p-Pb a e pp a LHC e a partire dalla distribuzione della differenza di impulso tra le particelle estrarrà i parametri dell'interazione forte attraverso la quale le due particelle interagiscono.
Studio della produzione del mesone phi in funzione della molteplicità in collisioni pp a LHC
Tesi triennale/magistrale Argomento: il mesone phi è una particella formata da un quark s e da un anti quark s-barra. Lo studente/la studentessa analizzerà i dati provenienti da collisioni pp studio e misurerà la distribuzione in momento trasverso della particella in funzione di diverse classi di molteplicità della collisione.
Studio della produzione di deutoni e anti-deutoni in diverse classi in collisioni p-Pb a 5.02 TeV a LHC
Tesi triennale/magistrale Argomento: il deutone è un nucleo formato da un protone e un neutrone caratterizzato da una energia di legame di 2.225 MeV. Lo studio dei nuclei leggeri in collisioni ad alta energia è fondamentale per capire il meccanismo di produzione dei nuclei leggeri nei primi istanti dell’Universo dopo il Big Bang.
Progettazione di misure per il nuovo esperimento del CERN: ALICE3
ALICE3 sarà un nuovo rivelatore che rimpiazzerà l’esperimento ALICE durante il Run5 al Large Hadron Collider e inizierà ad essere operativo intorno al 2035.
Le peculiarità di questo esperimento di nuova generazione sono che avrà massa quasi nulla, a differenza degli attuali esperimenti ad LHC, sarà costituito interamente da silicio e avrà una risoluzione di tracciamento altissima permettendoci di identificare fotoni, jets, adroni con quark charm e beauty in intervalli cinematici totalmente inesplorati ad oggi.
In questo lavoro di tesi la/il candidata/o faranno degli studi di attuabilità di alcune misure innovative, contribuendo in questo modo alla progettazione e ideazione del rivelatore.
Tesi Magistrali - Proposte su attività hardware
Misure di perdita di energia con sensori MAPS di silicio a risposta digitale e analogica
Le caratteristiche dei Sensori Monolitici a Pixel Attivi (MAPS) al silicio, come l’elevata risoluzione spaziale e temporale e lo spessore molto basso, li rendono ideali per il tracciamento di particelle nelle più estreme condizioni sperimentali. Vista la loro risposta prettamente digitale, questi rivelatori non sono stati ancora sfruttati per la misura di perdita di energia al fine di identificare le particelle. Questo progetto di tesi si prefigge di caratterizzare la risposta in energia di sensori MAPS a risposta sia digitale che analogica a diversi tipi di particelle (raggi X, elettroni e nuclei) in vista di possibili impieghi sia in fisica delle alte energie che in applicazioni civili. L'attività si terrà presso i laboratori dell’INFN di Trieste con la possibilità di svolgere parte delle misure presso il laboratorio GSI-FAIR a Darmstadt.
Tesi Magistrali - Proposte di Analisi Dati
Prime misure di molteplicità di particelle cariche nel Run3 ad LHC con l'esperimento ALICE
A partire dal 2022 l'esperimento ALICE inizierà la presa dati dopo il completo aggiornamento hardware e software. Il/la candidato/a si occuperà della misura della molteplicità delle particelle cariche con il nuovo Inner Tracking System e il nuovo Muon Forward Tracker di ALICE. L'obiettivo finale sarà la partecipazione alla presa dati nei laboratori del CERN e la pubblicazione dei primi risultati dell'esperimento per collisioni piombo-piombo a 5.5 TeV in stretta collaborazione con altri gruppi di lavoro internazionali.
Sviluppo e tuning del generatore Monte Carlo Pythia con i dati dell'esperimento ALICE
Il generatore di eventi Monte Carlo Pythia è il più utilizzato in fisica delle particelle ad alte energie e permette di descrivere con accuratezza le interazioni che avvengono tra partoni e adroni. Una delle sfide maggiori per Pythia è quella di riuscire a descrivere l'innalzamento di produzione di adroni strani in collisioni ad alta energia, fenomeno del tutto inatteso e la cui origine non è ad oggi esplicata. Il/la candidato/a si occuperà di modificare Pythia in modo da riprodurre correttamente la produzione di adroni strani misurati dall’esperimento ALICE e pubblicate su Nature Physics, in stretta collaborazione con il gruppo di fisica teorica di Lund (Svezia).
Ricostruzione del barione charmato Xic+
Argomento: lo studente/la studentessa dovrà studiare la produzione del barione Xic+ formato dai quarks u,s,c tramite la ricostruzione del suo decadimento adronico in Xi e pioni in collisioni protone-protone. L’utilizzo di un efficiente algoritmo di ricostruzione di vertici secondari come il Kalman Filter, permette di aumentare l’efficienza di ricostruzione del vertice della Xi e di conseguenza quella della Xic+, permettendo di migliorare la precisione statistica della misura. Il risultato ottenuto dallo/a studente/essa, permetterà di studiare i meccanismi di adronizzazione del quark c.
Studio della produzione del mesone phi in funzione della molteplicità prodotto nei jet e nell’underling event in collisioni pp a LHC
Argomento: Lo studio della produzione di particelle dotate di stranezza nel jet e fuori dal jet è fondamentale per capire i processi che sono alla base dei meccanismi adronizzazione. Lo studente/la studentessa studierà la produzione “nel jet” e “fuori dal jet” mediante la tecnica della correzione angolare tra una particella carica con impulso > 5 GeV e una particella “candidato” phi. Dallo studio delle diverse distribuzioni corrette per efficienza e accettanza, sarà possibile determinare i diversi yield di produzione.
Ricerca di stati esotici in collisioni Pb-Pb e determinazione di upper-limit sulla produzione
Argomento: lo studio dello yield di di produzione di particelle in collisioni Pb-Pb può essere descritto dal modello statistico termico, un modello che si basa sulla descrizione statistica del sistema formato dopo la collisione tra particelle. Esistono in letteratura molte particelle che sono state predette, ma mai misurate. Usando il potere predittivo del modello termico e la statistica collezionata da ALICE negli ultimi anni, lo studente/la studentessa cercherà di identificare uno stato esotico legato (come Theta+, Omega-p, Xi-p, o Kpp−→ Λ + p) e, nel caso non si osservi la particella ricercata, stabilirà dei limiti di produzione molto stringenti.
Studio della produzione del adroni con quark charm in collisioni protone-protone o protone-piombo con tecniche di Machine Learning.
Argomento: lo studente/la studentessa dovrà studiare la produzione di adroni (mesoni o barion) contententi quark charm in collisioni protone-protone o protone-piombo. Trattandosi di segnali “rari”, l’utilizzo di tecniche di Machine Learning è fondamentale per ridurre le incertezze statistiche della misura, aumentando la reiezione del fondo combinatoriale e massimizzando l’efficienza di selezione. Tali misure permetteranno di studiare i meccanismi di adronizzazione del quark c.
