STUDIO DEL BOSONE DI HIGGS NEL CANALE γγ CON IL ...

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34 LHC ed il rivelatore ATLAS sistema dei due adroni interagenti. I due valori non coincidono, per semplici ragioni di composizione delle velocità. Lo studio della cinematica degli urti tra partoni porta all’introduzione di una nuova variabile, la rapidità, definita dalla relazione y = 1 E + pz log (2.4) 2 E − pz che gode della proprietà di mutare secondo la legge y ′ = y + c(β) (2.5) se si opera una trasformazione di Lorentz per passare da un sistema ad un altro che si muova rispetto al primo con velocità uguale a β (la ”traslazione” ottenuta dipende dal valore di β). Introdotto il tetramomento in coordinate polari otteniamo p = (E, px, py, pz) = E(1, β sin θ cosφ, β sin θ sin φ, β cosθ) y = − 1 1 − β cosθ log 2 1 + β cosθ (2.6) Se le particelle si muovono a velocità prossime a quelle della luce (si assume che i partoni abbiano massa nulla), allora β → 1 e la (2.6) si può riscrivere η = − log tan θ 2 (2.7) dove la grandezza η è detta pseudorapidità. La struttura a partoni del protone e antiprotone conduce, quindi, alla decrizione di un generico evento nei collisionatori adronici mediante la coordinata η piuttosto che con l’usuale θ, in virtù delle (2.5) e (2.7). Un generico evento in un rivelatore come ATLAS è dunque descrivibile, dal punto di vista della cinematica, introducendo le coordinate “miste” (η, φ, z). L’asse z coincide ovviamente con la direzione di propagazione del fascio di LHC, φ determina la posizione attorno a quest’asse nel piano trasverso xy, η (attraverso θ) l’inclinazione rispetto all’asse z. Poiché θ varia nell’intervallo [0, π], il dominio di η coincide con l’intervallo [+∞, −∞]. 2.3 ATLAS. ATLAS (figura 2.4) è un rivelatore multiscopo (multipurpose detector) [19]. Come molti dei moderni rivelatori, ATLAS stesso è in realtà un insieme di rivelatori, ciascuno progettato e ottimizzato per uno compito ben preciso. Consideriamo brevemente alcune delle sue caratteristiche più importanti.
2.3 ATLAS. 35 Figura 2.4: Visione d’insieme del rivelatore ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS). 2.3.1 La fisica del bosone di Higgs con ATLAS. Uno degli scopi primari di tutta l’attività di ATLAS sarà lo studio del settore di Higgs nel MS. La scoperta del bosone di Higgs sarebbe il coronamento di un’intensa attività di ricerca sperimentale durata vari decenni. ATLAS si candida come esperimento in grado di scoprire il bosone di Higgs e di studiarne le proprietà. La figura 2.5 mostra la significanza del segnale atteso in ATLAS e dovuto al bosone di Higgs nel MS. La significanza è definita dalla relazione S = S √ B (2.8) dove S è il numero di eventi attribuibili alla produzione dell’Higgs e B è il numero di eventi di fondo (background events). Per convenzione, un segnale attribuito ad un processo non ancora rivelato sperimentalmente è considerato scoperta se la significanza supera le 5 deviazioni standard, S > 5σ. Sempre nella stessa figura è mostrato il contributo dei vari canali, per luminosità integrate di 30 fb −1 (in alto) e di 100 fb −1 (in basso). In dipendenza
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