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1Claudio Luci – 25 maggio 2004
Claudio LuciUniversità “La Sapienza”
eSezione INFN di Roma 1
Gli esperimenti della Sezione agli Acceleratori
(Esperimenti di Gruppo 1)
Esperimenti in presa dati
•BABAR [PEP-II – SLAC] (F.Ferroni)
•CDF [Tevatron – FNAL] (C.Dionisi)
•KLOE [DaΦne – LNF] (G.De Zorzi)
•ZEUS [Hera – DESY] (A.Nigro)
Esperimenti in costruzione
• ATLAS [LHC-CERN] (G.Ciapetti)
•CMS [LHC-CERN] (M.Diemoz)
•LHCb [LHC-CERN] (R.Santacesaria)
•MEG [ABE-PSI] (D.Zanello)
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2Claudio Luci – 25 maggio 2004
Acceleratori nel Mondo(dove ci sono esperimenti della sezione)
SLAC
FNAL
CERN
LNF
DESY
San Francisco
Chicago
Frascati
Amburgo
Ginevra
PSI Zurigo
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3Claudio Luci – 25 maggio 2004
Linee Principali di RicercaViolazione della simmetria CP nel sistemadei mesoni K, fisica del K, fisica adronica --- KLOE
Violazione della simmetria CP del sistema dei mesoni B, fisica del B. --- BABAR, CDF, LHCb
Fisica del top (alto pt) --- CDF
Diffusione profondamente anelastica. --- ZEUS
Ricerca di fenomeni rari. --- MEG
Ricerca di nuove particelle (bosone di Higgs, etc…). ---ATLAS, CMS, (CDF, ZEUS)
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4Claudio Luci – 25 maggio 2004
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5Claudio Luci – 25 maggio 2004
Progetto 2002
Numero di pacchetti 120 51
Corrente per pacchetto (mA) 40 20
Luminosita’/pacchetto (1030 cm-2s-1) 4.4 1.5
Luminosita’ di picco (1032 cm-2s-1) 5.3 0.75
1 Marzo 1999: Prime collisioni e+ e-
1999: 2.5 pb-1
2000: 25 pb-1 7.5 x 107 φ2001: 190 pb-1 5.7 x 108 φ2002: 300 pb-1 9.0 x 108 φLuminosita’ raccolta in pb-1
Dopo 500 pb-1 raccolti (2001-2002) e 1 anno e ½ di sosta, KLOE sta ripartendo per la nuova fase di circa 1 anno di presadati 2 fb-1
DAΦNECollisioni e+e- a √s = M(φ) = 1019.4 MeV “fabbrica” di φ
σφ∼3 µb
φ K+K- 49.2% fisica dei K / violazione di CP e CPT KSKL 33.8% “π+π−π0 15.5% parametri della ρηγ , π0γ, η’γ 10-2 10-4 decad. radiativi fisica dei mesoniππγ, ηπγ 10-4 10-5 “
e+e− → π+π−γ σ(e+e− → π+π−) vs. W 280 < W < 1020 MeV
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6Claudio Luci – 25 maggio 2004
KLOE / Roma-1 2004Ricercatori e Tecnologi
Cesare BINI, Valerio BOCCI, Rita CALOI, Guido DE ZORZI, Antonio DI DOMENICO, Paolo FRANZINI, Paolo GAUZZI, Francesco LACAVA, Enrico PASQUALUCCI, Emilio PETROLO, Ludovico PONTECORVO, Paolo VALENTE, Stefano VENEZIANOAssegnisti di ricercaErika DE LUCIA, Claudio GATTI DottorandiMarianna TESTALaureandi
Antonio DE SANTIS, Roberta Volpe
Attuali attivita’ del gruppo di Roma-1
Attivita’ sul rivelatore:Calorimetro: interventi hardware,
calibrazione online Camera a deriva: interventi hardware DAQ: gestione dello slow-control
Analisi dati:Decadimento K± π± π0 / µ± νDecadimenti semileptonici del KS Interferometria dei mesoni K neutriDecadimenti radiativi della φ nei mesoni scalari f0(980) e a0(980)Decadimento η π0 γ γProprieta’ dei mesoni ρ dal decadimento φ π+π−π0
•Camera a deriva centrale•Calorimetro elettromagnetico•Solenoide superconduttore
KLOE
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7Claudio Luci – 25 maggio 2004
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8Claudio Luci – 25 maggio 2004
Standard Modelpredicts large CP violating asymmetries for B mesons
CP violation predicted in many (often v.rare) decays
need large samples of Bd, Bu, Bs mesons, B baryonsNeed consistency checks
Motivazioni
Unitarity TrianglesUnitarity Triangles
Bd0 → π+ π−
Bd0 → ρ π
Bd0 → DK*0
BS0 → DSK
Bd0 → D* π, 3π
Bd0 /BS
0 → h h’
BS0 → DS π
Bd0 → J/ψ KS
0
→ ΦKS0
CP è violata? → angoli α, β, and γ → Atriangolo > 0
Misurare lati ed angoli separatamente per controllare se il triangolo si chiude
CKM matrix is unitary0*** =++ tbtdcbcdubud VVVVVV
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9Claudio Luci – 25 maggio 2004
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10Claudio Luci – 25 maggio 2004
Il Collider PEPII a SLACAn e+ e- asymmetric collider at the Y(4S) center of mass energy
Y(4S)Y(4S)
BB00BB00
• high luminosity in order to observe rare decays
• asymmetric in order to see the B mesons fly STUDY of CP in B mesons
10.6 GeVLpeak= 8.6 1033
Lint = 210 fb-1
NBB = 230 M (500 M by 2005)
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11Claudio Luci – 25 maggio 2004
BaBar Roma 2004R. Faccini, F. Ferrarotto, F.Ferroni,M. Gaspero, M.A. Mazzoni, S. Morganti,G. Piredda, F.Safai-TehraniF.Bellini, G. Cavoto, C.VoenaE. Di Marco, A. D’Orazio, L. Li Gioi, M. Pierini,
F.PolciA.Fabi, V.Giorgio, M.Messineo, M.Mistura,
E. Prencipe, E.Salvati, M. VignatiE.Buccheri,G.Bucci,C.Bulfon
γα
β
cb
ub
VV
tdV
CP in B→ππ
CP in J/Ψ Ks, φ KsB →DΚ & CP in D(*)π,ρ
Br(B→Xulν)
Br(b→sγ)
• Charmless B decays and CKM angles
• measurement of α
• Search for new physics• Measurements of γ
• sin(2β+γ) in B0→ D(*)π , ρ decays
• Direct CP in B → D0 K
• Measurement of Vub with hadronic mass
• Br(b→s γ)
Argomenti di fisica
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12Claudio Luci – 25 maggio 2004
The New Forward End Cap (S. Morganti, E.Salvati)
2% di mis-ID80% di efficienza
“Finalmente un verorivelatore di muoniin BaBar (Ferroni)”
Le camere inserite nel2002 funzionanoperfettamente avendointegrato una dose di carica molte volte maggiordi tutte quelle cheprecedentemente si eranodanneggiate
New CM- Total Reprocessing
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13Claudio Luci – 25 maggio 2004
β and new physics
sin2β in Charmonium is now wellestablished
sin2β in penguin modes is sensitive to New Particles
b st
W, χ ,H
(G. Cavoto, E. di Marco,M. Mistura,M. Pierini, M. Vignati)
⇐ Rome: Vertexing algorithm
⇐Rome: add KL modes
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14Claudio Luci – 25 maggio 2004
CPV from interference of Cabibboallowed and Cabibbo suppressed amplitudes
--
-
-
-
-
γ
Next: extend technique to B0→Dρ
(R. Faccini, M. Messineo,F. Polci, C. Voena)Measurement of sin(2β+γ) in B0→D(*)π decays
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15Claudio Luci – 25 maggio 2004
G.Cavoto
( ) ( )( ) ( )
)cos()sin(
)( 00
00
tmCtmSBNBNBNBN
tA
dd
tagtag
tagtag
∆∆−∆∆=
+
−≡∆
ππππ
ππ
L=113 fb-1
Isospin analysis : B0→π0π0
found but small ⇒
|αeff - α| < 47o
If there were only the tree we would measure α
⇒ Need to estimate the penguin contribution
and set limits on the difference between measured parameter αeff and α
d
u
dB0 b
d
u
π+
π−
π+
π−d
u
d
b
u
d
From CP Asymmetry in Β0→π+π−
Sππ=sin(2αeff)=0.40±0.22 ±0.03 Need new technique:Need new technique:ΒΒ00→→ρρ++ρρ−−
Measuring α: Β0→π+π−
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16Claudio Luci – 25 maggio 2004
Measurement of Vub with hadronic mass
SS
BB
BEST WORLD RESULT IN PUBLICATION
Reconstruct the invariant mass (Mx) of the decay B→Xulν
Much higher purity than beforeextract hadronic mass spectrum
A. d’Orazio,A. Fabi,R. Faccini
Ongoing discussion on theoretical errors; Model independent measurements on the way
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17Claudio Luci – 25 maggio 2004
• γ spectrum →mb & Fermi motion• related to |Vts|& to New PhyicsBrecoilBreco
D*π
Y(4S) γ
(F. Bellini)Br(b→s γ) with a fully reconstructed B
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18Claudio Luci – 25 maggio 2004
Other measurementsMeasurement of γ in direct CP asymmetry in B±→D0K± with D0→KSπ+π-
Strong phases extracted with Dalitz Analysis
Search for annihilationsneeded for sin(2β+γ): B±→D±KS
Observation of the X(3872)Charmonium state in B decays
D0→ KS4π Dalitz analysis
G. Cavoto, R. Faccini, L. Ligioi, E. Prencipe
R. Faccini, F. Polci, C. Voena
A. d’Orazio, R. Faccini, M. A. Mazzoni
F. Ferrarotto, M. Gaspero
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19Claudio Luci – 25 maggio 2004
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20Claudio Luci – 25 maggio 2004
Tevatron a FNAL
Main Injector(new)
Tevatron
DØCDF
Chicago↓
p source
Booster
Wilson Hall
Collisore protone-antiprotone con √s=1.96 TeV
aprile 2001: run II
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21Claudio Luci – 25 maggio 2004
Tevatron StatusLuminosita’ iniziale record:
7.2E31 cm-2s-1
(Run II design 8)Buona efficienza complessivadella macchina:Luminosita’ integrata media settimanale negli ultimi due mesi: 9.2 pb-1
luminosita’ integrata nel2004 (al 20/5) 180 pb-1
attesi ~320 pb-1 (senzaulteriori miglioramenti)Su tape: ~400 pb-1
7.0 1031
cm-1 s-1
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22Claudio Luci – 25 maggio 2004
Prospettive del Tevatron
Recycler in fase dicommissioningaccumulazione fasciiniezione in Tevatron con discretaefficienza
Commissioning da completare a meta’ 2005 con electron cooling
Se non funziona Base planSe funziona Design plan realistico
Miglioramento atteso nel processo diaccumulazione di antiprotoni (luminosita’ x2)
8.56
6.14
3.77
2.24
1.35
0.68
0.30
0.08
TotLum./yr
TotLum./yr
4.41
3.25
2.11
1.48
0.98
0.59
0.28
0.08 0.080.0802
2.421.1609
2.371.1408
1.530.6307
0.890.5006
0.670.3905
0.380.3104
0.220.2003
Design plan (fb-1)Base plan (fb-1)FY
0
10
20
30
40
50
60
9/29/03 9/29/04 9/30/05 10/1/06 10/2/07 10/2/08 10/3/09
Start of Fiscal Year
Inte
grat
ed L
umin
osity
per
Wee
k (p
b-1)
Phase 1(FY04)
Phase 2(Slip Stacking)
Phase 3(Recycler &
Electron Cooling)
Phase 4(Stacktail upgrade)
Phase 5(Tevatron upgrades
complete)
Phase 6(No upgrade-related studies)
Design Projection
Base Projection
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23Claudio Luci – 25 maggio 2004
Composizione del Gruppo CDF di Roma1
Collider Detector at Fermilab
Ricercatori: C.Dionisi, S.Giagu, M. Iori, P.F.Loverre,M.Rescigno,L.Zanello
Tecnologi: D.DePedis, G.Lunadei
Post Doc: S.DeCecco, D.Jeans,A.Messina, R.Oldeman,S.Sarkar
Dottorandi: G.Salamanna
Laureandi: A.Fabbri,F.Curbis,F.S.Castellano,F.Biccari,G. De Lorenzo
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24Claudio Luci – 25 maggio 2004
CDF top/bottom/charm CDF focus on Heavy Flavor:
Top Bottom Charm
La qualita’ e la quantita’ dei dati consentonoormai di andare oltre alle analisi di prima generazione (spesso cross sections…)Primi 5 articoli sottomessi su Beauty/Charm physics Primo draft sul top sottomesso a PRL lo scorsomese (sezione d’urto)Molti altri in preparazione….
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25Claudio Luci – 25 maggio 2004
Top mass: l + jetsDynamic Likelihood method:
mt = 177.8 +4.5-5.0 (stat) ± 6.2 (sys) GeV
Stat error vicino al RunI (comb. D0+CDF) Sistematica dominata dalla calibrazione dell’energiadei Jet (OK per estate ’04) B-tagging performance in costante miglioramento: forward jets con tracce silicon only (D. Jeans)
Jet ad alta pseudo rapidita’:
Efficienza ~ok, working on purity
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26Claudio Luci – 25 maggio 2004
Sezione d’urto: W→eν+n jet(completata) Z →ee+n jet (in corso)
• Confronto con QCD • Altra analisi in corso:
Sezione d’urto W/Z + b quark jetsBackground a Top e Higgs
W/Z+ Jet analysis
(Messina, Sarkar, Dionisi, Jeans, Fabbri)
W→eν
Z→ee(~4800 eventi inclusivi)
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27Claudio Luci – 25 maggio 2004
Charm PhysicsCon il trigger di SVT fisica del Charm possibile per la prima volta ad un collider
>106 D0 Kπ e D+ Kππ !La migliore misura di Branching Ratio e asimmetria diretta di CP per i canali D0 K+K-
e D0 π+π− e’ in corso di pubblicazione(De Cecco, Giagu, Rescigno)
Prossimamente BR e ACP di D± π+π-π ±
studiando il Dalitz Plot (Oldeman)
55,000 events !
~190 pb-1
ACP(D0 → KK) = 2.0 ± 1.2± 0.6 %ACP(D0 → ππ ) = 1.0 ± 1.2 ± 0.6 %Sist. dominata dalla stat. nel sample dicontrollo (D0 Kπ) buone prospettiveper misure al per mille nel Run II
In corso anche misure time dependent (D0 mixing e CP violation)
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28Claudio Luci – 25 maggio 2004
b sss decaysPenguin dominated b sss decay potenzialmente sensibili a nuova fisicaCon 180pb-1:
misura di BR & direct-ACP per B+ φK+(sensibilita’ comparabile a B-factories)Osservazione di Bs φφ (primo esempiodi decadimento charmless Vector Vector del Bs) :
BR (B± φK±)
Good S/B !
5σ significance
In futuro molti altri modi (specialmente Bs) potranno essere studiati e.g.:
Bs K*0K*0 (pure penguin)Bs K*+K(*) – (pure penguin)Bs φρ0 (∆I=1 ewk penguin)
Misure di polarizzazione e CP violation sonopure possibili
(Castellano, De Cecco, Giagu, Rescigno)
Bs φφ
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29Claudio Luci – 25 maggio 2004
(Fit excludes signal region)
Pentaquark SearchesPentaquark possono essereprodotti nella frammentazione a Tevatron sample abbondantiPer esempio: Θ+ che decade in protone + K0
sConfronto tra lo yield osservatoe l’abbondanza di risonanzesimili, in questo caso Λ(1520) pK-
Confronto con altri esperimenti: per esempio ZEUS
Finora conclusioni negative per Θ+ (uudds) p K0
s, Ξ3/2(dsdud) Ξ π(possiamo per ora dire chequesti oggetti non sonoprodotti in abbondanza al tevatron!)Ancora da finalizzare studidi accettanza per fornireveri e propri limiti disezione d’urto.
pK0 Sinvariant mass
pK- invariant m
ass
CDF CDF
Zeus Zeus
(Oldeman, Curbis, Rescigno)
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30Claudio Luci – 25 maggio 2004
Verso la misura del Bs mixingMisura complessa sforzo coordi-nato dell’intera collaborazioneOscillazione rapida dei Bs:
Cruciale risoluzione sul tempo proprio (ricostruzione nel silicon layer piu’ interno – L00 – ora ad un livello accettabile) Ricostruire completamentedecadimenti adronici del Bs (SVT)
Difficile identificare il flavor iniziale dei B in eventi ppbar
Algoritmi di tagging elaborati per la complessita’ degli eventiIdentificazione di leptoni e Kaonicruciale per ottenere una buonadiluizioneContributo di Roma sul PID con ilTOF e il dE/dx della COTAlgoritmo di tagging with Kaon+vertex in sviluppo
Per l’estate si attendono le prime misure significative di mixing del Bd
(De Pedis, De Cecco,Dionisi,Giagu, Oldeman, Rescigno, Salamanna)
Need 2pb and εD2 = 5% for 5σ sensitivity up to 24ps-1 in 3.2 fb-1
Bs Dsπ φπ πBs Dsπ 3π π
pKππK
K/π se
p. >1.4
σ
COT dE/dxPt>2GeV
TOF
β= v
/c
p
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31Claudio Luci – 25 maggio 2004
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32Claudio Luci – 25 maggio 2004
Large Hadron Collider (LHC) al CERN
Collisore protone-protone di 14 TeV di energia nel centro di massa
Momentum at collision 7 TeV/cMomentum at injection 450 GeV/cDipole field at 7 TeV 8.33 TeslaCircumference 26658 m
Luminosity 1034 cm-2s-1
Number of bunches 2808Particles per bunch 1.1⋅ 1011
Bunch crossing every 25 nsStored energy/beam 350 MJ
•Atlas, CMS: omnipurposedetectors
• LHCb: rivelatore dedicatoper la fisica del B
• Alice: rivelatore dedicatoper collisioni ione-ione
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33Claudio Luci – 25 maggio 2004
Advantages of the LHCbEnergy / collision mode 14.0 TeV pp bb cross section ~ 500 µb
Inelastic cross section ~ 80 mb LHCb ATLAS / CMS Detector configuration Single-arm forward Central detector
Running luminosity 2 x 1032 cm-2s-1 ≤ 1 x 1033 cm-2s-1 bb events per 107 sec 1 x 1012 x accept. ≤ 5 x 1012 x accept.
<Interactions/crossings> 0.5 (~30% single int.) ~ 2.3
bb angular distributionbb angular
distribution
LHCb makes advantage of:
bb production sharply peaked forward-backward
Low luminosity is sufficient (2.0 x 1032 cm-2s-1)
Vertex detector close to interaction region.
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34Claudio Luci – 25 maggio 2004
M3M2
M1
Roma1 collabora alla costruzione dello spettrometro per i muoni(stazioni M1-M5 inframmezzate da calorimetri e filtri di Fe)
Roma: V. Bocci, C. Bosio,A. Buccheri, G. Chiodi, E. Dane’,A. Frenkel, R. Lunadei, G. Martellotti*, R. Nobrega, A. Pelosi, G.Penso,D. Pinci, W. Rinaldi, R. Santacesaria**, A. Satta
Potenza: G. Auriemma, D. Fidanza, C. Satriano
* resp. nazionale, ** resp. locale
LHCb – Roma 1
P
Beam pipe
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35Claudio Luci – 25 maggio 2004
Prospettive di FisicaLHCb si propone di sfruttare in pieno le potenzialita` sulla fisica del B sin dall’inizio di LHC (bassa luminosita`)
B-factories : accumulano statistica su Bd
CDF, D0 : insufficiente PID per studiare a fondo Bs
PEP e KEK non avranno upgrading tali da accedere al Bs
BTeV : - un solo braccio - finanziato a partire dal 2005
In queste condizioni nel 2006-8 si potrebbero avere risultati sulla violazione di CP in canali tipo π + π − e misure dell’angolo γ ma l’analisi resterebbe dipendentedalle assunzioni del modello standard: serve un esperimento dedicato.
Un eventuale ritardo di LHC ridurrebbe la possibilita` del CERN di dare un contributo essenziale sul sistema Bd ma non cambia le prospettive nel sistema Bsin cui il ruolo di LHCb (e di BTeV) dovrebbe restare unico.
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36Claudio Luci – 25 maggio 2004
Physics performance LHCb 2007/8
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37Claudio Luci – 25 maggio 2004
Cagliari, CBPF, CERN, Ferrara, Firenze, LNF, PNPI, Roma 1+Potenza, Roma 2Cagliari, CBPF, CERN, Ferrara, Firenze, LNF, PNPI, Roma 1+Potenza, Roma 2
Rivelatore µ di LHCb
Trigger µ di livello 0: 15-20% dellatrigger rate totale,
µ tag del flavour del b:20-30% del potere di tagging totale
Rivelatore robusto, veloce, ridondante
1380 MultiWire Proportional Chambers
435 m2
5 stazioni
Canali rari : Bs K*µµ,Bs µ µ, Βs J/ψ φ
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38Claudio Luci – 25 maggio 2004
Attivita’ LHCb-Roma1Contributo alla costruzione delle camere a fili:-3 tavoli di test della qualita’ della produzione (test di uniformita’ con sorgente, misuratore tensione dei fili, telescopio per test con raggi cosmici) in funzione ai LNF (sito produzione). Sede PZ: incollaggio pannelli per camere, elettronica di front-endElettronica : -progetto hardware e software del sistema di controllodell’elettronica del sistema µ ( responsabile V. Bocci) -scheda TELL1 (sincronizza e organizza i dati provenienti del rivelatore dopo il trigger L0 e li trasmette al trigger L1 e al DAQ) Software: -Digitizzazione&Ricostruzione sistema µ in C++, analisiprestazioni del µ trigger (responsabile software µ A. Satta)
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39Claudio Luci – 25 maggio 2004
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40Claudio Luci – 25 maggio 2004
Collaborazione: Canada, Corea, Germania, Giappone, Gran Bretagna, Israele, ITALIA, Malaysia, Olanda, Polonia, Russia, Spagna, USA
Gruppi italiani: Bologna, Cosenza, Firenze, Padova, ROMA, Torino
Roma: G.D’Agostini, G. Marini, A.Nigro (D. Anzellotti, A. Buccheri)
STUDIO DELLE INTERAZIONI LEPTONE-PROTONE CON IL COLLISIONATORE HERA DI AMBURGO ( 30 + 900 GeV)
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41Claudio Luci – 25 maggio 2004
GLI ESPERIMENTI DI DIFFUSIONE (SCATTERING) DI UNA PARTICELLA ‘SONDA’ SU UNA PARTICELLA ‘BERSAGLIO’CONSENTONO DI STUDIARE LA ‘STRUTTURA’ DEL BERSAGLIO.
1911 – Esperimento di RutherfordParticelle alpha su atomi Scoperta del nucleo atomico
1968 – SLAC (Taylor, Kendall, Friedman)Leptoni su nucleoni -> I nucleoni sono composti da quarks
1992 – HERALeptoni su protone ---> ??
Aumentando il momento trasferito tra la sonda e il bersaglio si esploranodistanze via via piu’ piccole..........
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42Claudio Luci – 25 maggio 2004
HERA I (1992-2000)ZEUS ha iniziato la presa dati nel 1992.
La prima fase dell’esperimento si e’conclusa nel settembre del 2000.
Sono stati raccolti circa 140 pb-1 diluminosita’ (principalmemte e+P), ampliando di vari ordini di grandezza la regione di Q2,x esplorata nei precedentiesperimenti di targhetta fissa.
Q2 vs x
I capitoli di fisica studiati:
- Struttura del protone;
- Struttura del fotone;
- Heavy quarks;
- Alpha s;
- Diffrazione;
- Mesoni vettoriali;
- Sezioni d’urto inclusive;
- Fisica elettrodebole;
- Oltre il modello standard;
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43Claudio Luci – 25 maggio 2004
x2F x λ−∼
HERA I (1992-2000)In estrema sintesi:
•I dati di HERA si raccordano bene con quelli degli esperimenti di targhettafissa;
•F2 cresce molto piu’ velocemente diquanto atteso al diminuire di x;
•Grande (ed inatteso) contributo delladiffrazione nell’interazione ep;
•Nessuna evidenza di nuova fisicaoltre il Modello Standard;
AAAAAAAAAAAAAAAAAA
Scaling diBjorken
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44Claudio Luci – 25 maggio 2004
HERA II (2002-2007)
•Il 2001 e’ stato dedicato a modifiche della macchina per porreHERA in grado di fornire una luminosita’ specifica dell’ordine di 7 x 1031 cm-2sec-1 (circa 5 volte superiore al passato).
•ZEUS ed H1 sono stati equipaggiati con rotatori di spin per studiare separatamente i contributi dei leptoni right-handed e left-handed.
•L’obiettivo futuro e’ di raccogliere dati fino al 2007 accumulando una luminosita’ complessiva dell’ordine di 500 pb-1 (con positroni ed elettroni).
•ZEUS si presenta alla fase due con un nuovo rivelatore di vertice (MVD) e con un nuovo rivelatore di tracce in avanti (STT).
•Gli obiettivi:
- misure di precisione delle funzioni di struttura F2, FL, xF3, Fc2,
Fb2 per Q2 = 10 – 40000 GeV2;
- test della substruttura dei quarks fino a 10-17 cm;
- ricerca di deviazioni dal Modello Standard con interazioni CC;
- ricerca di W’s e Z’s di alta massa (fino a 600 – 800 Gev);
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45Claudio Luci – 25 maggio 2004
HERA II (2002-2007)
Alla ripartenza di Hera nel 2002 si è constatato che il fondo di macchina negli esperimenti era inaccettabile. Si è lavorato molto alla soluzione del problema, sia dal lato della macchina che da quello degli apparati sperimentali. Cio’ ha comportato un nuovo shut-down nella seconda meta’ del 2003.
In particolare, per quanto riguarda ZEUS, sono state introdotte importanti modifiche al disegno della beam pipe e delle schermature nella regione di interazione.
Oggi possiamo dire che il problema e’ risolto e che siamo finalmentetornati ad una fase stabile e soddisfacente di presa dati. C’e’ un forte impegno di Desy per assicurare la massima efficienza di funzionamentodella macchina fino alla fine della presa dati ( meta’ 2007).
Nei primi 4 mesi del 2004 HERA ha fornito ~ 35 pb-1.
Polarizzazione dei fasci di leptoni: ~50%.
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L’esperimento MEG
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47Claudio Luci – 25 maggio 2004
Il decadimento µ → e γ• Nello Standard Model il decadimento µ → e γ è rigorosamento nullo se i tre neutrinihanno la stessa massa.
• il decadimento è permesso se i neutrini hanno masse diverse, ma anche con le differenze di massa che si possono inferire dai dati attuali il branching ratio è < 10 –19
•La supersimmetria può indurre una violazione del numero leptonico attraverso il mixing degli s-leptoni. Il B.R. dipende dai parametri della teoria e può essere molto grande.
10 –12
10 –14
10 –10
B.R. nelle SuSy
Limite sperimentale
MEG goal
< 4.9·10-111986Crystal Box
< 1.2·10-111999MEGA
< 1.7·10-101979LANL
< 1.0·10-91977SIN
< 3.6·10-91977TRIUMF
Limite B.R.annoEsperimento
Ricerche precedenti
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48Claudio Luci – 25 maggio 2004
Principio della misura• Per misurare un B.R. ≈ 10 –14 occorre analizzare almeno 1014 decadimentidel muone, quindi occorre un acceleratore ad alta intensità => PSI
• La difficoltà sperimentale consiste poi nel rigettare i fondi, dato il piccolo B.R. che si vuole misurare.
I fondi sono: µ+ → e+ νν γ ( ma questo risulta trascurabile) e la combinazioneaccidentale di un γ da questa reazione con un elettrone del decadimentosuccessivo µ+ → e+ νν, per cui occorre anche misurare ∆teγ
Il µ+ si ferma nel bersaglio: γ ed e+ devonoessere collineari ed avere energie uguali a mµ /2. Vengono misurati: Eγ Ee θeγ ∆teγ
µ+ γ
e+
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49Claudio Luci – 25 maggio 2004
Il Paul Scherrer Institute
Laboratorio di ricerca scientifica interdisciplinare ad ampio raggio di attività: ricerca pura, applicata e sviluppi tecnologiciMaggiore istituto di ricerca in Svizzera (~ 1200 staff) Principali aree di attività:
ricerca in stato solido e scienza deimateriali;
fisica delle particelle elementari ed astrofisica;
biologia e medicina; ricerca energetica e scienze ambientali
Sede a Villigen, vicino Zurigo
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50Claudio Luci – 25 maggio 2004
PSI Acceleratore di protoni e sale
sperimentali attrezzate
ProtonProton beambeam line:line:Pre-acceleratore (870 KeV)
Cockcroft-Walton4-sector Cyclotron:
iniettore a 72 MeV Ring Cyclotron: fascio
continuo di protoni (590 MeV, 1.6 mA (1016 p/s)) per:
bersagli di produzione di pioni e muonifacility per adroterapiasorgente di neutroni
πE5: fascio diµ+ per MEG p=28 MeV/cΦ=1.2·108 µ/s
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51Claudio Luci – 25 maggio 2004
e+
Drift Chamber
Layout generale dell’esperimento
• Liquid Xe e.m. calorimeter• Magnetic spectrometer• Timing counter
),/,( γγγγ tEpE→
ep→),/( eee tEp→
/Ω∆
÷∆∆
÷∆
%9π4ps 150
mrad 5.2017%4
%9.070
eγ
eγ
γ
e
t
E.E
θ
FWHM resolutions
“espulsione” dei positroni
Con queste prestazioni il fondocombinatoriale aspettato e’ dicirca 0.5 eventi/anno
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52Claudio Luci – 25 maggio 2004
SwitzerlandSwitzerlandDrift Chambers,Readout & DAQ
JapanJapanLXe Calorimeter,Superconducting Solenoid
RussiaRussiaManpowerMuons transport solenoid
ItalyItalye+ counter (Ge+Pv+Rm), Trigger (Pi, Le)Splitter (Le)LXe Calorimeter (Pi,Le)
The MEG collaboration
D.ZanelloPartecipanti: totale : 44
italiani : 14
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53Claudio Luci – 25 maggio 2004
Piano temporale
• Settembre 1998: prima apparizione in gruppo 1
•Settembre 2002: Presentazione proposta MEG
•Aprile 2003: discussione approvazione in gruppo 1
•Costruzione 2003-2005 (inizio finanziamento 2003)
•Presa dati 2005-2007
•Risultati 2007-2008 (< LHC)
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54Claudio Luci – 25 maggio 2004
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55Claudio Luci – 25 maggio 2004
L’inattacabile Modello Standardil Modello Standard ha resistito a 10 anni di attacchi di Lep.
• Tutti i gli indizi di nuova fisica emersi nel corso degli anni sono via viatutti evaporati: accoppiamento anomalo del τ, eccesso di fotoni, 4 jet, Rb.
• Molti modelli oltre il Modello Standard sono stati spazzati via (technicolour, etc…). Molti vincoli sulle supersimmetrie.
Predizione della massa del top attraverso i loop radiativi.
Tuttavia il bosone di Higgs non è stato ancora trovato
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56Claudio Luci – 25 maggio 2004
Aspettiamo i nuovi esperimenti
1. CDF + D02. LHC3. ….
Limiti di scoperta dell’Higgs al Tevatron
Probabilmente ilTevatron riusciràa mettere soltantoun limite.
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57Claudio Luci – 25 maggio 2004
E soprattutto aspettiamo LHC
A test of the handling system of the LHC cryomagnets was carried on January 27th in sector1-2, involving the first cryodipole and short straight section (SSS) lowered into the LHC tunnel.
Schedula•Marzo 2007: istallazione
completata
• Aprile 2007: primo fascio diprotoni
• Estate 2007: prime interazioniprotone – protone
N.B. questa è una foto e non un disegno!
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58Claudio Luci – 25 maggio 2004
Stato della costruzione di LHC
http://lhc-new-homepage.web.cern.ch/lhc-new-homepage/
I progressi della costruzione si possono seguire su:
Ci sono 45 dashboard, ad esempio:
Dipoli Quadrupoli
Just in timecontratto
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59Claudio Luci – 25 maggio 2004
Cross-sections and rates
huge range of cross-section values and rate
-listed for 1034 cm-2 s-1
total 0 σ ≈ 100 mb (109 Hz)
b production0 σ ≈ 0.7 mb (7∗106 Hz)
W/Z production0 σ ≈ 200/60 nb (2/0.6 kHz)
Top production0 σ ≈ 0.8 nb (80 Hz)
SM Higgs (mH = 150 GeV)0 σ ≈ 30 pb (3 Hz)
With branching ratios includedW eν 150 HzZ ee 15 HzH γγ 0.003 Hz
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60Claudio Luci – 25 maggio 2004
Experimental conditions at LHC
•Very small bunch crossing separation: T=25 ns (40 MHz frequency)
•Multiple interaction per bunch crossing (~ 20 at L = 1034 cm-2 s –1 )
fast, high granularity detectors, fast level 1 trigger
•High radiation level in the hall (neutrons, photons and charge particles)
radiation hard electronics
high rate capability of the detectors
careful study of detectors ageing
high occupancy of tracking detectors (reduced efficiency and spurious
hits)
Le piccole sezioni d’urto dei processi interessanti richiedono una grande luminosità (1034 cm-2 s-1).
Questo implica delle difficoltà costruttive notevoli per i rivelatori.
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61Claudio Luci – 25 maggio 2004
gg fusion WW/ZZ fusion
associated Htt associated WH, ZH
Direct:-> gg fusion dominant-> VBFusion 20% of gg at 120 GeV
Associated:-> 1-10% of gg
isolated lepton from W decayreconstruct top-quarks
SM Higgs at LHC
Use Higgs discovery as benchmark to define and optimize the detector performances
H → ZZ* → 4
mH < 2 mZ : mH > 2 mZ :
H → ZZ → 4γγH →
Canali principali di rivelazione dell’Higgs a LHC
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62Claudio Luci – 25 maggio 2004
Detector performance requirements•Mass resolution (m <200 GeV) :
≈ 2 % (H → γγ, 4) ≈ 10 % (W → jj, H → bb )
•Calorimeter coverage : |η| < 5 (ETmiss, forward jet tag)
•Particle identification : µ,e, γ, τ, b
•Lepton measurement: pT from few GeV → 3 TeV (W’/Z’)
Muon spectrometer
• Stand-alone
• Accurate muon momentum measurement;
• Robust and flexible level-1 muon trigger
(Motivazione storica)
Occupazione della camera centrale
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63Claudio Luci – 25 maggio 2004
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64Claudio Luci – 25 maggio 2004
22 m
Programma di fisica:
•Ricerca del bosone di Higgs
•Ricerca di particelle SUSY
•CP violation nel decadimento del B
•Sistematica del quark t
•Nuova fisica
~ 40 m
Attività a Roma1• Costruzione, messa a punto, test camere a deriva di precisione (MDT) dello spettrometro muonico•Sviluppo e realizzazione elettronica di Trigger per muoni di I livello.•High Level Triggers e DAQ . •Test beam.•Sviluppo software (OO), risorse di calcolo, Data Challenge
Vedi Poster
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65Claudio Luci – 25 maggio 2004
~ 1800 fisici
~170 Istituti
ATLAS Italia
13 Sezioni INFN
~ 160 fisiciATLAS Sezione di Roma
31 ricercatori/tecnologi
Il Il gruppogruppo Atlas Atlas didi Roma1Roma1Bagnaia PaoloBini CesareBocci ValerioCaloi RitaCiapetti GuidoDe Pedis DanieleDi Mattia AlessandroDe Salvo AlessandroDe Zorzi GuidoDi Domenico AntonioDi Girolamo AlessandroDionisi CarloFalciano SperanzaGargiulo CorradoGauzzi PaoloGentile SimonettaLacava FrancoLuci ClaudioLuminari LambertoMarzano FrancescoMenici LorenzoMirabelli GiovanniNisati AleandroPasqualucci EnricoPastore FrancescaPetrolo EmilioPontecorvo LudovicoValente PaoloVari RiccardoVeneziano StefanoZanello Lucia
V.Cecconi,S.DI Marco,E.Gennari, G.Chiodi, F.Cidronelli, C.Piscitelli, A.Mattei, M.Iannone, G.Capradossi, A.Pelosi
+ 7 laureandi
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66Claudio Luci – 25 maggio 2004
ATLAS experimental Hall: 2003
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67Claudio Luci – 25 maggio 2004
E’ cominciato il montaggio del rivelatore
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68Claudio Luci – 25 maggio 2004
ATLAS: fotomontaggio
Building 40 al Cern
Si sta cercando di mettere la nave dentro la bottiglia
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69Claudio Luci – 25 maggio 2004
Costruzione camere BIL
Costruzione nella nostra officina meccanica. 62 camere Barrel Inner Large
54 camere costruite ad oggi (2 camere/mese).
A novembre si finisce
Costruzione Camere a derivaCostruzione Camere a derivaModulo 0
x
•Drift time ~ 70 µm 3x2 tubes 40 µm
•R-t relation from autocalibration 10 µm
•Mechanical precision on wire pos. 20 µm
•MDT location in space (align.) 20 µm
50 µm
Error budget: request σ = 50 µm
Fine 2000
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70Claudio Luci – 25 maggio 2004
muo
nm
uon
Appr
oxim
ated
Appr
oxim
ated
Muo
nM
uon
trajec
tory
trajec
tory
Width < 50 cm
Width ~ 5 cm
Width < 40 cm
Muon trigger: livello 1 e livello 2Livello 1: usa gli RPC
Livello 2: usa gli MDT
Vedere i poster per maggiori dettagli
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71Claudio Luci – 25 maggio 2004
Combined test beam questa estate
Si sta mettendo sulla linea difascio di H8 un’intera fetta φ di Atlas: pixel, sct, trd, calorimetri e lo spettrometroper muoni, con il trigger ed ilDAQ finale
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72Claudio Luci – 25 maggio 2004
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73Claudio Luci – 25 maggio 2004
L.M. Barone, A. Bartoloni, G. Capradossi, F. Cavallari, S. Costantini, I. Dafinei, D. D'Angelo, F. de Notaristefani, M. Diemoz, C. Gargiulo, S. Guerra, M. Iannone, E. Longo, P. Meridiani, M. Nuccetelli, G. Organtini, R. Paramatti,
F. Pellegrino, E. Valente, A. ZulloS. Baccaro, M. Montecchi, G. Ferrara
CMS ECAL ROMA2004
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74Claudio Luci – 25 maggio 2004
γγ
Bosone di Higgs a LHC
LEP
H→ γγ
H → ZZ → 4 leptons*
H → ZZ → 4 leptons
H → WW or ZZjj
LHC
Natural width (GeV)
Higgs Mass (GeV)0 50 100 200 400 800
0.001 0.004 1.4 30 250
L3
LEP: osservatoun eccesso di
eventi a 115 GeV
Decadimenti in γγ:rari, ma estremamente"puliti" se si "guarda" conun calorimetro eccellente
0.001
0.01
0.1
0.01 0.1 1 10 100 1000
sampling calorimeters
crystal calorimeters
KLOE
ATLAS
CMSKTeV
BaBar
Belle
Energia (GeV)σ(
E)/E
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75Claudio Luci – 25 maggio 2004
Calorimetro elettromagnetico di CMS
≈75000 cristalli di tungstato di piombo: densita' 8.26 g/cm3 , Xo=0.98 cm
Φ = 32 mm
Φ = 65 mm
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76Claudio Luci – 25 maggio 2004
Rivelazione del segnale
Evidenza delsegnale H →γγin ECAL CMS@ risoluzione di progetto
PWO APD PreampliMulti-Gain
FibrereadoutADC FE
Energia→
Luce
Luce→
Corrente
Corrente→
Tensione
Tensione→
Bits
Bits→
Luce
ADC Σ5−Σ25Pipeline
Termine costante cruciale:dipende dalla calibrazionee dal suo controllo durantel'esperimento
C
EMeV
EE150%5.0%7.2 ⊕⊕=
σ
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77Claudio Luci – 25 maggio 2004
CalibrazioniIntercalibrazione con misure sistematiche di laboratorio durantel'assemblaggio ∼ 5% (Centri Regionali: INFN/ENEA e CERN)
Intercalibrazione diprecisione (0.3%) di parte del calorimetrosu fasci ditest al CERN
Calibrazione "in situ"con eventi fisiciZ → e+ e- (Mz) W → eν (E/p)
C = 0.5%
GeV
⋅≈electrons
Z
Z
cal NMσ
σ 2
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78Claudio Luci – 25 maggio 2004
Data Management
REDACLE: un nuovo workflow managersviluppato dal gruppo di Roma per rendere:
• la costruzione più efficiente• l’analisi dei dati raccolti durante le
misure di Quality Control immediata
Relational ECAL Database at Construction Level
In uso presso il Centro regionale INFN/ENEAdal maggio 2003
• Economicamente vantaggioso e flessibile:Basato su Software Open Source(MySQL DB + PHP + Perl + Apache)Accessibile da ogni Web Browser
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79Claudio Luci – 25 maggio 2004
Studi di fisica con simulazioni
Farm in Sezione6x2 Pentium III 1 GHz4x2 Xeon 2.4 GHz6 TB Disk
Attivita'in corsoSviluppo di tool automatici di produzione Produzione di dati simulati per studi di fisica a LHC (3x105 eventi prodotti a Roma nel 03/04)
Studio di eventi Z→ eee W → eν per la calibrazionedel calorimeto “in situ”Studio segnali H→γγ e H→4e
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80Claudio Luci – 25 maggio 2004
CONCLUSIONIIl gruppo 1 di Roma è composto da:
- 62 ricercatori senior- 17 post doc (assegno di ricerca, art. 23, etc..)- 9 dottorandi- 24 laureandi
(soltanto Pisa è più grande di noi)La sezione è in prima linea sugli esperimenti di violazione di CP: Kloe, Babar, CDFAspettiamo sorprese da esperimenti in presa dati: CDF e ZeusPreparazione per LHC: fase di costruzione molto avanzata, poi istallazione e presa dati nel 2007: ATLAS, CMS, LHCbVedremo le SuSy prima di LHC? MEG