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IL CONTRIBUTO ITALIANO A ZEUS



I fisici italiani hanno contribuito in modo sostanziale al progetto ZEUS, fin dal suo inizio.
Hanno progettato, costruito e gestito parti del rivelatore, in particolare quelle destinate alle rivelazione dei muoni (BRMUON, FMUON), alla misura di precisione dei vertici di interazione (MVD) e allo studio dei protoni veloci lungo la linea del fascio (LPS).

Bibliografia dettagliata

L'Italia ha poi dato un ulteriore importante contribuito all'esperimento, finanziando il magnete superconduttore (solenoide), progettato e realizzato da un'industria italiana.


BRMUON

BRMUON (Barrel and Rear Muon Detector) è il sistema di rivelatori destinato a rivelare ed identificare i mesoni mu (particelle molto penetranti) prodotti nell'interazione e-p, nella regione angolare centrale e posteriore di ZEUS.
E' costituito da 24 camere, di dimensioni variabili, collocate all'interno ed all'esterno del ferro di ZEUS, con una superficie complessiva di circa 2000 m2.
Ogni camera è costituita da due doppi strati di LST (Limited Streamer Tube), incollati su un supporto rigido realizzato con nido d'ape in alluminio, dello spessore di circa 20 cm.
In totale il sistema è costituito da circa 3400 LST, ciascuno con 8 celle indipendenti. Ciascuna cella è in grado di fornire, se attraversata da una particella, le due coordinate del punto di attraversamento.
L'informazione fornita da questo componente si traduce in circa 70.000 canali elettronici che confluiscono nel sistema generale di acquizione dell'esperimento ZEUS.
BRMUON è stato realizzato e gestito dai gruppi italiani di Padova e Roma.


I rivelatori BMUON interni




Il laboratorio DESY ad Amburgo



FMUON

FMUON (Forward Muon spectrometer) è dedicato alla rivelazione dei muoni nella regione angolare in avanti compresa tra i 6 ed i 30 gradi rispetto al fascio di protoni uscente.
Il FMUON e' costituito da:
* un toroide esterno con un campo magnetico medio di 1.6 Tesla ;
* 6 piani equipaggiati con Limited Streamer Tubes (LST) usati per il trigger e la misura della coordinata azimutale delle tracce ( con precisione di 1.4 e 0.7 gradi) ;
* 4 piani equipaggiati con 32 camere a deriva che consentono una misura della coordinata radiale della traccia con una precisione dell'ordine di 400 micron
In questa regione in avanti la risoluzione in impulso del rivelatore centrale di tracce si degrada notevolmente. Una misura indipendente è quindi necessaria ed il FMUON adempie a questo compito raggiungendo risoluzioni in impulso dell'ordine del 25% sino a circa 80-100 GeV.
Questa componente del rivelatore ZEUS ha in totale più di 11000 canali di elettronica che convogliano l'informazione nel sistema generale di acquisizione dell'esperimento. E' inoltre in funzione un trigger con matrici programmabili.
FMUON è stato realizzato e gestito dai gruppi della sezione INFN di Bologna, Frascati e Cosenza


Il toroide


LPS

Il Leading Proton Spectrometer (LPS) e' un sistema di rivelatori per misurare protoni diffusi ad angolo molto piccolo all'interno della camera a vuoto della linea di fascio, nella direzione dei protoni uscenti. Esso e' costituito da nove stazioni mobili, secondo la tecnica dei "Roman pot", posizionate tra i 20m e i 90m dal punto d'interazione dei fasci, ciascuna formata da sei rivelatori a microstrip di silicio, per un totale di 54000 canali di lettura. L'impulso del protone diffuso viene determinato sfruttando la deflessione dovuta ai magneti della linea di fascio, con una risoluzione migliore del 1%. Il posizionamento delle stazioni in condizione di presa dati (con i rivelatori a pochi mm dal fascio di protoni) e' possibile solo dopo che i fasci sono stati accelerati e fatti collidere e le condizioni del fondo lo consentono.
Lo spettrometro e' stato smontato nel 2001 per consentire la modifica della linea di fascio, la quale ha permesso l'aumento della luminosita' del collisore e la produzione di fasci polarizzati.
Il rivelatore LPS e' stato realizzato e gestito dai gruppi italiani di Torino e Bologna e dal gruppo americano di Santa Cruz (California)

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Schema dei rivelatori del LPS.



MVD

Il MicroVertex Detector (MVD) e' uno dei rivelatori di piu' recente installazione in ZEUS. Frutto della collaborazione di diversi istituti italiani e stranieri tutti attivi in ZEUS in precedenza, e' stato realizzato per dotare l'esperimento nel periodo di presa dati ad alta luminosita' di un rivelatore di vertice in grado di migliorare la ricostruzione delle traccie e la identificazione di particelle dal rapido decadimento.
Di forma cilindrica con un diametro esterno di 32 cm, il rivelatore e' composto da una sezione centrale di design asimmetrico con 2 o 3 layer di sensori al silicio (tipo N, faccia singola) che circondano il tubo a vuoto e da 4 dischi di sensori nella zona in avanti. In ciascun layer i sensori sono montati su 2 strati per fornire mediante microstrip spaziate 20 micron, una misura della carica depositata dalle particelle attraversanti per le 2 coordinate spaziali.
Il segnali sono letti e immagazzinati nei chip di front-end HELIX specificamente realizzati per HERA e montati nel rivelatore stesso. In caso di trigger di primo livello, i dati analogici degli oltre 200.000 canali di read-out sono inviati al sistema di acquisizione dove le informazioni sono digitalizzate e rielaborate.
Il MVD ed il suo sistema di acquisizione realizzato per la parte di formattazione e trasferimento dati mediante farm di computer e gigabit network hanno stimolato la realizzazione di un nuovo sistema di trigger di secondo livello, il Global Track Trigger (GTT), in cui i dati provenienti da tutti i rivelatori di tracciamento sono combinati raggiungendo una efficienza e una selezione di trigger in precedenza disponibile solo al terzo livello o offline.


Micro Vertex Detector



ANALISI DEI DATI

Gruppi di lavoro composti da fisici di tutte le istituzioni partecipanti analizzano i dati raccolti dall'esperimento, in base ai vari filoni di indagine.
Moltissimi fisici italiani partecipano a questo lavoro, spesso in ruoli di responsabilità.
I principali settori in cui vi è un rilevante contributo italiano sono:

  • Misure di F2, sezioni d'urto combinate H1 e ZEUS ed estrazione delle parton densities (FI,CS)
  • Produzione di charm e bottom in DIS (BO)
  • Fisica diffrattiva - Produzione di mesoni vettori(BO, CS, PD, TO)
  • Fisica diffrattiva inclusiva(BO, PD, TO)
  • Produzione inelastica di Charmonio (PD)
  • Produzione di open beauty (BO,PD)
  • Ricerca di leptoquarks (BO,FI)
  • Jets in fotoproduzione (BO)
  • Ricerca di leptoni isolati con missing pt (BO)
  • Ricerca di fermioni eccitati (PD)
  • Deeply virtual compton scattering (CS)
  • SUSY (BO)
  • Produzione di W, leptoni e missing pt (BO)
  • Leading baryons (BO, PD)
  • Lepton flavour violation(BO)
  • Produzione di top(BO)
  • Studio dei processi di fotone diretto e risolto in hard photoproduction (Roma)

    Elenco degli articoli di Zeus scritti direttamente da fisici italiani.




    L'anello dei protoni di HERA