Trigger di primo livello basato sui pixel per esperimenti con l’LHC
La scoperta del bosone di Higgs nel 2012 ha completato l’insieme delle particelle previsto dal modello standard. Il funzionamento dell’LHC a un’energia maggiore permetterà lo studio delle proprietà del bosone di Higgs. Nelle collisioni di particelle alle energie più elevate mai raggiunte, i fisici cercheranno tracce di nuove particelle che sfidano le leggi fisiche conosciute. Al fine di affrontare le sfide sperimentali relative alla collisione di protoni con quasi il doppio dell’energia rispetto alla precedente esecuzione, la capacità dei solenoidi muonici compatti (CMS, Compact Muon Solenoid) di isolare e misurare con precisione i prodotti, dovrà essere migliorata. Gli scienziati finanziati dall’UE hanno ricevuto un contributo significativo riguardo agli sforzi per assicurare che i CMS possano aumentare in modo efficiente le loro prestazioni in quanto ad attivazione di eventi mediante processi fisici ancora sconosciuti. Gli scienziati, lavorando al progetto TAUKITFORNEWPHYSICS (Tau toolkit for opening the new physics window at LHC and possible spin off effects), finanziato dall’UE, hanno giocato un ruolo fondamentale nello sviluppo di un trigger di primo livello basato sui pixel, per i CMS. L’algoritmo PiXTRK costituisce il primo tentativo di realizzare una ricostruzione delle tracce in tempo reale utilizzando un riconoscimento di schemi basato su collisioni a livello di pixel. A tale scopo, PiXTRK si basa sulle collisioni a livello di pixel, seminate dal sistema di trigger di primo livello con calorimetro elettromagnetico relativo al rivelatore CMS. In altre parole, i gruppi di collisioni presso il rivelatore a pixel sono abbinati con i gruppi identificati al primo livello inerente al calorimetro. Il riconoscimento di modelli procede mediante la definizione di finestre nei piani trasversali e longitudinali all’asse del fascio e quindi si sposta all’indietro fino al punto del fascio. Quando si applica l’algoritmo per il trigger di primo livello, in caso di elettroni, è possibile ricostruire le traiettorie delle particelle provenienti dai gruppi di pixel con un rendimento complessivo superiore al 95 %, mantenendo la soglia di quantità di moto dell’elettrone a 20 GeV/c, ossia una riduzione del tasso pari a 5 su un’ampia copertura di accettanza angolare e per alti tassi di sovrapposizione degli impulsi. Questa è stata un’indicazione molto incoraggiante in merito al potenziale prestazionale del trigger. Gli scienziati hanno inoltre contribuito alla progettazione di un innovativo sensore per rilevamento e misurazione mediante coordinate di alta precisione relative agli urti delle particelle cariche. Il sensore APiX (avalanche pixel sensor) deriva dalla tecnologia con fotomoltiplicatori in silicio ed è basato sull’integrazione verticale 3D di pixel a valanga mediante elettronica di lettura completamente digitale sulla struttura stessa. Quando il progetto TAUKITFORNEWPHYSICS si è concluso, nel 2014, la tecnologia per la produzione di questo nuovo tipo di rivelatore per radiazioni ionizzanti era in fase di sviluppo. Una volta prodotta, l’operazione APiX sarà caratterizzata da basso livello di rumore e basso consumo energetico, nonché dalla tolleranza di alti livelli di radiazioni. Il risultato di questa ricerca dovrebbe avere applicazioni in campi che spaziano dalla strumentazione di ricerca per la microscopia elettronica all’immaginografia medicale.
Parole chiave
LHC, modello standard, fisica, Solenoide muonico compatto, TAUKITFORNEWPHYSICS
