- Fusione nucleare catalizzata da muoni:
- Studio delle tecniche di produzione di muoni di bassa energia
per la fusione muonica.
- Esperimenti con antinucleoni:
- Partecipazione all'esperimento OBELIX al CERN (Ginevra);
- Studio dell'annichilazione antiprotone-protone,
antineutrone-protone, antiprotone-deutone;
- Spettroscopia mesonica, ricerca di nuovi stati risonanti con
particolare interesse per gli stati esotici previsti dalla
QCD;
- Studio del potere frenante degli antiprotoni a bassa
energia.
- Fisica del mesone B e della violazione della simmetria CP:
- Partecipazione all'esperimento HERA-B al DESY (Amburgo);
- Partecipazione all'esperimento LHCb al CERN (Ginevra);
- Nell'esperimento LHCb, con il gruppo di Bologna, ha la
responsabilità dell'analisi dei decadimenti charm-less dei mesoni B
in due adroni, che consentono la determinazione dell'angolo
del triangolo di unitarietà CKM;
- Valutazione delle implicazioni delle misure sperimentali sulla
descrizione del meccanismo di miscelamento del flavour dei quark
(matrice CKM e triangolo unitario).
- Tecniche sperimetali:
- Realizzazione del calorimetro elettromagnetico a campionamento
HARGD dell'esperimento OBELIX presso il LEAR del CERN
(Ginevra);
- Realizzazione di un nuovo tipo di rivelatore di neutroni per lo
studio di basse emissioni neutroniche in presenza di fondi gamma
significativi;
- Progetto e realizzazione dell'elettronica di pre-trigger e di
lettura del calorimetro elettromagnetico ECAL dell'esperimento
HERA-B ad DESY (Amburgo);
- Progetto e realizzazione di parte dell'elettronica del trigger
di livello zero dell'esperimento LHCb al CERN (Ginevra).
- Tecniche di calcolo scientifico:
- Progetto e realizzazione dei sistemi di calcolo off-line
di Bologna per gli esperimenti OBELIX e HERA-B per la produzione di
eventi Monte Carlo e l'analisi dei dati;
- Progetto e sperimentazione su prototipo per il centro nazionale
Tier-1 italiano dell'esperimento LHCb;
- Collaborazione ai progetti europei DATAGRID, EGEE e al progetto
italiano INFN-Grid per la realizzazione di una griglia
computazionale per il calcolo distribuito degli esperimenti di
LHC;
- Studio e sperimentazione di soluzioni di storage di
grande scala (decine di PiB) e di grandi prestazioni di I/O, con
particolare interesse per i file system paralleli;
- Collaudo e sperimentazione, in collaborazione con il CNAF
dell'INFN, del software STORM che interfaccia la Griglia
Computazionale con i file system paralleli.
- Tecniche dei sistemi di acquisizione dati sperimentali:
- Studio del flusso di dati e individuazione dei colli
di bottiglia (sia negli apparati di rete, sia nei componenti
software del sistema operativo) in una rete commutata
Gigabit Ethernet con alto rateo di trasferimento (50 GiB/s), per la
realizzazione della farm on-line per l'acquisizione dati e
il trigger software dell'esperimento LHCb (il primo
trigger software progettato per supportare un input
rate di eventi pari a 1 MHz);
- Progetto e realizzazione del sistema di controllo e di
monitor (FMC) della farm on-line dell'esperimento LHCb
(scala di 2000 PC);
- Studio delle tecnologie di rete a 10 Gb/s (con particolare
riferimento a 10 Gigabit Ethernet e Infiniband) per
la realizzazione di sistemi di acquisizione dati e di trigger
software degli esperimenti di prossima generazione.
- Studio della rete di readout per l'upgrade dell'esperimento
LHCb: analisi di soluzioni basate su Ethernet e su
InfiniBand.
La fusione nucleare
catalizzata da muoni
L'ottimizzazione del
rendimento energetico della fusione nucleare catalizzata da
muoni richiede da un lato l'accrescimento del numero di cicli
catalizzati da un singolo muone, dall'altro la riduzione del costo
energetico della produzione di muoni.
Nell'ambito delle ricerche
sulla catalisi muonica della fusione nucleare il prof. Domenico
Galli ha partecipato a una serie di misure presso gli acceleratori
SPS (Superprotosincrotrone) e PS (Protosincrotrone) del CERN al
fine di studiare la possibilità di ottenere fasci intensi di pioni
e muoni di bassa energia e bassa dispersione di impulso, da parte
di fasci primari di protoni ad alta energia.
È stata misurata la produzione
di pioni di basso impulso (p < 220 MeV/c) prodotti da protoni da
5, 10 e 300 GeV/c incidenti su bersagli di tungsteno, ferro e
alluminio aventi diverse dimensioni.
Dai risultati emerge la
possibilità di ottenere in questo modo, anche in via parassitaria,
fasci di pioni di qualità competitiva con quelli ottenibili dalle
meson factory. I risultati ottenuti al più basso impulso di
pioni osservato (p = 58 MeV/c) mostrano la possibilità di ottenere
surface beam di μ+ e cloud beam di μ− di intensità
considerevole partendo da pioni di basso impulso a loro volta
prodotti da acceleratori di alta energia.
Da tali misure è stata
ottenuta l'unica determinazione basata su dati sperimentali
raccolti a questo scopo del costo energetico dei muoni negativi,
prodotti via decadimento pionico, ai fini della catalisi muonica
della fusione nucleare.
In relazione al problema della
rivelazione dei neutroni prodotti dalla fusione nucleare il prof.
Domenico Galli ha inoltre contribuito alla progettazione e alla
messa a punto di un rivelatore di neutroni di nuova
concezione, capace di operare in condizioni di elevato fondo con
una capacità di reiezione superiore di almeno 2 ordini di grandezza
rispetto ai normali rivelatori a scintillazione liquido, e in grado
di operare come spettrometro per neutroni di energia compresa
nell'intervallo [0.5, 5] MeV.
Il rivelatore impiega
scintillatore liquido (NE-213C) che fornisce un segnale pronto, e
di vetri scintillanti al Litio i quali forniscono un segnale
ritardato, prodotto dalla cattura del neutrone “termalizzato” da
parte del 6Li. La coincidenza ritardata del segnale dei vetri al
Litio con il segnale pronto consente di selezionare soltanto quei
neutroni che hanno rilasciato nello scintillatore liquido tutta la
loro energia. Un'efficiente reiezione dei fotoni (~10^–5) è
ottenuta mediante la discriminazione della forma dell'impulso,
eseguita separatamente sui segnali pronti e su quelli
ritardati.
L'esperimento OBELIX al
LEAR del CERN
La collaborazione OBELIX ha
avuto, come obiettivo un'ampia indagine sperimentale sulla dinamica
dell'annichilazione antinucleone-nucleone in bersagli di
idrogeno, deuterio e altri elementi più pesanti — sia in quiete sia
in volo — fino a impulsi degli antinucleoni incidenti di 2
GeV/c.
Il rivelatore utilizzato
dall'esperimento è costituito da un rivelatore di vertice, da una
camera a deriva a campo assiale aperto, da un sistema di
rivelazione del tempo di volo, infine da un calorimetro
elettromagnetico ad alta risoluzione angolare (HARGD), costruito
dal gruppo di Bologna, progettato per rivelare fotoni di energia
compresa tra 100 e 1000 MeV, il quale utilizza, come elementi
rivelatori, i tubi a streamer limitato.
L'apparato di misura
dell'esperimento OBELIX è molto versatile. Esso consente di
selezionare i numeri quantici iniziali dello stato
dell'annichilazione del sistema antinucleone-nucleone, utilizzando
fasci di protoni di basso impulso (minore dell'ordine di 50 MeV/c)
in modo che l'annichilazione in volo avvenga in onda S, in una
miscela statistica dei livelli iperfini 3S1 e 1S0. Esso consente
inoltre di variare la frazione delle onde S e P nelle
annichilazioni antiprotone-protone a riposo variando la densità del
bersaglio. Infine, operando con un fascio di antineutroni, prodotti
per reazione di scambio carica a partire dal fascio primario di
antiprotoni di LEAR, esso consente di selezionare lo stato di
annichilazione di isospin iniziale uguale 1. La selezione dello
stato iniziale permette di separare i diversi contributi
dell'ampiezza di annichilazione dovuti alle onde parziali che
intervengono nel processo e quindi isolare contributi risonanti
specifici non accessibili a partire da regole di conservazione dei
numeri quantici iniziali conservati nel processo di
annichilazione.
L'esperimento OBELIX permette
di ricostruire stati finali con elevate molteplicità di mesoni
carichi e neutri e di selezionare processi rari mediante l'utilizzo
di meccanismi di trigger di topologia e di molteplicità.
Il prof. Domenico Galli ha
contribuito alla progettazione e alla realizzazione del calorimetro
elettromagnetico dell'esperimento. Ha poi sviluppato il programma
di ricostruzione degli sciami elettromagnetici nel calorimetro
HARGD, utilizzando il metodo di clusterizzazione basato sulla
tecnica dell'albero minimo di ricoprimento (o minimum spanning
tree). Il prof. Domenico Galli ha inoltre contribuito allo sviluppo
del programma di simulazione dell'apparato, sviluppando tra l'altro
l'interfaccia di tale programma con il programma di ricostruzione
degli eventi per la parte concernente il calorimetro
HARGD.
La collaborazione OBELIX ha
prodotto i seguenti risultati principali.
Misura del tempo di
diseccitazione del protonio a bassa densità del
bersaglio:
Il tempo impiegato dalla
cascata radiativa di diseccitazione risulta notevolmente superiore
nell'idrogeno gassoso a bassa densità rispetto all'idrogeno gassoso
a pressione standard o all'idrogeno liquido. Si è inoltre
verificato sperimentalmente che la pressione del bersaglio consente
di selezionare lo stato di momento angolare iniziale di
annichilazione del protonio, risultando favorita l'annichilazione
in onda S nei bersagli di idrogeno liquido e l'annichilazione in
onda P nei bersagli di idrogeno a bassa pressione.
Spettroscopia mesonica con
antineutroni.
La possibilità di utilizzare
un fascio di antineutroni è stata dimostrata mediante l'analisi dei
canali esclusivi a 3 e 5 pioni carichi prodotti nelle
annichilazioni antineutrone-protone; ciò ha consentito di osservare
strutture risonanti nei sistemi π+ π– e π+ π– π+ π– già note, e di
determinarne le loro masse e larghezze, che sono risultate in buon
accordo con i risultati dei precedenti esperimenti in camera a
bolle.
Potere frenante degli
antiprotoni a bassa energia.
La misura del potere frenante
degli antiprotoni in idrogeno a energie inferiori a 120 keV
(intervallo di energia poco noto sia teoricamente, sia
sperimentalmente) ha evidenziato un diverso comportamento degli
antiprotoni rispetto ai protoni (effetto Barkas).
Misura del potere di
frenamento dell'elio.
La misura del potere frenante
di 4He sugli antiprotoni di basse energie (0.5 keV - 3.3 MeV) ha
colmato una lacuna sperimentale e ha confermato il diverso
comportamento di protoni e antiprotoni in questo intervallo di
energie.
Reazioni di
Pontecorvo.
È stato misurato il branching
ratio della reazione estremamente rara di Pontecorvo anti-p + d → p
π+ π–, con una statistica 10 volte superiore alle precedenti
misure. Inoltre è stata misurata, per la prima volta, la frequenza
della reazione anti-p + d → ρ− p.
Studio delle annichilazioni
ritardate in 4He:
La distribuzione dei tempi di
annichilazione degli antiprotoni in 4He gassoso, oltre alla
componente rapida (≤ 0.2 μs) dominante, mostra una componente
minoritaria (a livello del 3%) corrispondente a tempi lunghi (≈ 3
μs), ritenuto conseguente alla formazione di stati metastabili nel
processo di diseccitazione dell'atomo esotico (anti-p α e−)°. È
stata studiata la variazione dell'intensità e della vita media
della componente ritardata al variare della densità del bersaglio,
del tipo e della concentrazione di contaminanti gassosi.
Misura del rapporto di
produzione ϕ / ω.
La misura dei rapporti di
produzione tra stati finali con ϕ e con ω in diverse reazioni e con
diversi stati iniziali fornisce informazioni sulla struttura a
quark di tali risonanze. Per la prima volta è stato misurato il
rapporto tra le intensità dei canali anti-n + p → ϕ π+ e anti-n + p
→ ω π+. Si è riscontrata una considerevole violazione della regola
di Okubo-Zweig-Iizuka.
Misura del branching ratio
assoluto anti-p + p → π0 π0 a 1 bar.
Tale misura consente di
determinare la frazione di annichilazioni in onda P con il minimo
delle ipotesi possibili. Si inserisce in un programma di misure il
cui fine è quello di stabilire la dinamica del processo di
annichilazione
Spettroscopia
mesonica.
La ricerca di stati risonanti
convenzionali (quark-antiquark) e stati esotici presenta difficoltà
nell'univoca identificazione dello stato di spin-parità e dei modi
di decadimento, che sono le sole caratteristiche che possono
definire il contenuto di flavour e quindi la natura eventualmente
non convenzionale delle risonanze. Tale ricerca richiede, in
generale, grandi statistiche sperimentali che soltanto apparati
dotati di sistemi di lettura elettronica dell'ultima generazione,
come OBELIX, possono assicurare.
Una misura di alta statistica
del sistema K anti-K π prodotto nell'annichilazione anti-p + p →
(K± K0 π) π+ π− ha consentito di individuare, nella regione di
massa attorno ai 1500 Mev/c^2, due risonanze pseudoscalari, delle
quali una soltanto è interpretabile come eccitazione radiale di uno
stato mesonico convenzionale, mentre l'altra può essere
verosimilmente interpretata come mesone esotico
pseudoscalare.
Di particolare interesse è lo
studio delle risonanze (π+ π−) prodotte nella reazione anti-p +
p → π+ π− π0 che ha consentito l'individuazione di un segnale
con numeri quantici IG = 0+, JPC = 0++ di massa 1500 MeV/c2,
corrispondente, secondo le previsioni teoriche di QCD su reticolo,
alle caratteristiche dello stato fondamentale di un sistema legato
di due gluoni. La strategia di analisi approntata per determinare
la natura della risonanza è tra le più complete disponibili,
comprendendo l'annichilazione in numerosi stati finali a tre
mesoni, in differenti configurazioni sperimentali (diversa
pressione del bersaglio, che determina una diversa frazione di
annichilazioni in onda P e onda S) e dati di diffusione di pioni e
kaoni. In particolare si è cercato di determinare la frazione di
decadimento in K+ K− e π+ π−, marchio fondamentale per la
determinazione del contenuto di flavour della risonanza.
L'esperimento HERA-B al
DESY
Dal 1994 al 2000 il prof.
Galli ha partecipato all'esperimento HERA-B presso il DESY di
Amburgo. L'esperimento si propone di misurare la violazione di CP
nel settore del quark beauty, in condizioni sperimentali certamente
non facili a causa dello sfavorevole rapporto segnale/fondo alla
sorgente, dovuto al modesto valore dell'energia disponibile nel
centro di massa (circa 40 GeV).
La produzione di quark beauty
è ottenuta a HERA mediante la collisione del fascio di protoni da
920 GeV dello Hera Proton Ring contro un bersaglio fisso (2
stazioni di bersagli filiformi, ciascuna equipaggiata con 4 fili di
diverso numero atomico Z che intercettano l'alone del
fascio).
L'esperimento ha incontrato
difficoltà notevoli, anche per limiti progettuali, dovuti a
un'inadeguata fase di preparazione, verifica e collaudo delle
soluzioni sperimentali e tecnologiche scelte.
Il gruppo della Sezione di
Bologna ha avuto la responsabilità della realizzazione
del
dell'elettronica di read-out e
di trigger del calorimetro elettromagnetico, che hanno funzionato
conformemente alle specifiche di progetto.
Il prof. Domenico Galli ha
contribuito alla progettazione del sistema di trigger del
calorimetro elettromagnetico, lavoro che ha richiesto un'intensa
attività di simulazione, per valutare l'efficienza e il potere di
reiezione del sistema; inoltre ha sviluppato il software di
controllo on-line (caricamento dinamico delle look-up table)
e monitor delle schede elettroniche prodotte a Bologna; infine ha
progettato il sistema di calcolo off-line di Bologna per la
produzione di eventi Monte Carlo e l'analisi dei dati.
L'esperimento LHCb al
CERN
Il prof. Domenico Galli
partecipa all'esperimento LHCb (collaborazione di circa 600
ricercatori provenienti da 55 università e laboratori di ricerca di
16 diversi paesi), presso il Large Hadron Collider del CERN e in
questa fase è impegnato nell'analisi dei primi dati acquisiti.
Dall'anno 2009 a tutt'ora il prof. Domenico Galli è responsabile
del gruppo di Bologna dell'esperimento.
L'esperimento LHCb si propone
di effettuare — mediante la rivelazione dei processi di decadimento
dei mesoni neutri Bd e Bs — misure di altissima precisione della
violazione di CP nel settore del quark beauty e con esse di
migliorare la determinazione dei parametri della matrice di
miscelamento dei quark di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa. Inoltre
l'esperimento prevede di misurare i rapporti di diramazione dei
decadimenti rari dei mesoni Bd e Bs che consentono di controllare
al limite estremo le previsioni del Modello Standard e di
evidenziare eventuale nuova fisica al di là di esso.
Per sviluppare il programma
sperimentale l'esperimento LHCb potrà avvalersi di quella intensa
sorgente di mesoni B rappresentata dall'acceleratore LHC, grazie
all'elevato valore (alla energia di interazione dell'acceleratore)
della sezione d'urto di produzione di quark beauty, che ci
si attende essere dell'ordine di 500 μb, a fronte di un fondo
anelastico, la cui sezione d'urto d'interazione è valutata 80
mb.
La produzione di quark beauty
al LHC avviene prevalentemente a piccoli angoli, per cui il
rivelatore LHCb è stato progettato come spettrometro a un solo
braccio, in avanti. LHCb intende operare a una luminosità
istantanea di 2×10^32 cm^-2 s^-1, molto inferiore alla luminosità
limite di progetto di LHC, al fine di ottenere, con la massima
frequenza, eventi con interazioni primarie singole, che facilitano
la ricostruzione accurata dei vertici secondari di decadimento dei
mesoni B, i quali mediamente avranno una lunghezza di volo pari a 1
cm.
L'apparato sperimentale di
LHCb è dotato di un rivelatore di vertice molto preciso e di
un'ottima capacità di identificazione delle particelle, nell'intero
spettro d'impulso dei prodotti di decadimento dei mesoni B,
compreso fra 5 e 150 GeV/c, grazie a due rivelatori RICH (Ring
Imaging Cherenkov Detector), due calorimetri a campionamento
(elettromagnetico e adronico) e un sistema di rivelazione di
muoni.
Il gruppo di Bologna,
ci cui il prof. Domenico Galli è responsabile, è composto
attualmente di 8 ricercatori che si sono distinti nell'attività
tecnica di costruzione dell'apparato su tre diversi fronti,
tutti estremamente critici per il funzionamento
dell'esperimento (l'elettronica del trigger di livello zero,
il sistema on-line di acquisizione dati e di trigger
di alto livello e il calcolo off-line distribuito su scala
geografica) e sono attualmente impegnati nell'attività
di analisi dati su
due diversi fronti (decadimenti charm-less dei mesoni
B in due adroni e decadimento Bs→J/psi+phi).
-
L'attività del gruppo di
Bologna nell'esperimento LHCb è iniziata con la collaborazione (con
il gruppo francese del LAL di Orsay) allo sviluppo del progetto del
sistema di trigger di livello zero (L0) dei
calorimetri elettromagnetico (ECAL) e adronico (HCAL). Il trigger
L0 di LHCb ha la funzione di ridurre la frequenza di acquisizione
degli eventi da 40 MHz ad 1 MHz, selezionando gli eventi in base al
valore dell'impulso trasversale di muoni, adroni, elettroni e
fotoni presenti nello stato finale (alla riduzione della frequenza
d'acquisizione, dettata da vincoli tecnologici, si stima
corrisponda una perdita della metà del segnale B prodotto alla
sorgente).
Il sistema di trigger L0 sfrutta i segnali del calorimetro
elettromagnetico ECAL, costituito da circa 6000 torri indipendenti
di dimensione trasversale variabile (crescente con la distanza
radiale dalla linea di fascio), e i segnali del calorimetro
adronico HCAL, il quale, pur avendo la medesima superficie, è
segmentato in sole 1500 torri. Il sistema di trigger L0 impiega
inoltre due rivelatori con funzioni ausiliari in coincidenza: un
pre-shower per la discriminazione π/e, e un rivelatore per
la discriminazione e/γ. Il sistema dei calorimetri, nel suo
complesso, è costituito da circa 2×10^4 canali elettronici. Per
esigenze di robustezza ed affidabilità, il trigger L0 dei
calorimetri è stato sviluppato come sistema completamente sincrono,
operante dunque con latenza fissata, di 4μs; è realizzato mediante
schede elettroniche custom e prevede l'impiego di fibre
ottiche per la trasmissione dei dati dalle schede di
front-end alle schede di trigger, collocate a
distanza relativa di circa 100 m.
Completato il progetto, il gruppo di Bologna si è impegnato nella
realizzazione di due tra i suoi elementi costitutivi principali, in
collaborazione con il Centro di Elettronica della Sezione INFN di
Bologna: il sistema di trasmissione dati su fibra ottica,
utilizzato sia per il trigger L0, sia per l'acquisizione e le
schede elettroniche di selezione dei cluster adronici ed
elettromagnetici più energetici (Selection Crate) su cui opera il
trigger per elaborare la decisione finale. Il sistema sviluppato è
già stato istallato e collaudato nelle funzionalità
principali.
-
Un secondo importante
contributo dato dal gruppo di Bologna concerne lo sviluppo di una
parte particolarmente critica dell'esperimento LHCb, ovvero il
sistema di trigger di livello superiore (HLT). Si tratta di
un trigger software (realizzato mediante processi veloci di calcolo
in esecuzione su di una farm di computer costituita da circa 18000
CPU core) che dovrà operare a una frequenza di eventi mai
raggiunta fino a ora nei tigger software (circa 1.1 MHz)
operando su un flusso di dati pari a circa 450 Gb/s. Il sistema HLT
agisce sugli eventi precedentemente filtrati dal trigger L0, per
selezionare sia eventi di decadimento di Bd e Bs sia segnali
ausiliari, alla frequenza massima di 2 KHz.
In una prima fase il prof. Domenico Galli, insieme al gruppo di
Bologna, ha svolto e concluso una serie di studi di fattibilità
pionieristici sulla trasmissione dati senza perdite ad
altissimo rateo su Gigabit Ethernet, individuando dettagliatamente
i limiti della tecnologia disponibile. Gli studi sono stati
documentati in una nota pubblica dell'esperimento LHCb, in una
relazione alla conferenza Real-time 2005 e in un articolo sulla
rivista IEEE Transaction on Nuclear Sciences.
In seguito il gruppo di Bologna, sotto la supervisione del prof.
Domenico Galli, ha sviluppato il pacchetto software FMC (Farm
Monitoring and Control) per il controllo real time e il monitor
della farm online (Event Filter Farm) costituita da
circa 18000 CPU core, interconnessi in una rete locale Gigabit
Ethernet (GbE) commutata. Il software FMC è costituito di 5
componenti (Power Manager, Task Manager, Process Controller,
Configuration Manager e Monitor System) ed è stato di recente
presentato alla conferenza IEEE Real-time 2007 al Fermilab. Date le
prestazioni e l'affidabilità verificata in una lunga e accurata
fase di collaudo, questo software è stato incluso dal CERN nella
distribuzione JCOP (Joint Control Process) ed alcuni suoi strmenti
sono in uso anche nella farm online di altri esperimenti (ATLAS e
CMS). Le caratteristiche e le soluzioni tecniche peculiari del
software FMC sono state documentate in 5 note pubbliche
dell'esperimento LHCb, in una relazione alla conferenza Real-time
2007 e in un articolo sulla rivista IEEE Transaction on Nuclear
Sciences.
-
Il terzo fronte che ha visto
impegnato il prof. Domenico Galli e il gruppo di Bologna
dell'esperimento LHCb è il sistema di calcolo off-line,
distribuito su area geografica.
Com'è noto, le risorse di calcolo di LHCb, analogamente agli altri
esperimenti LHC, sono organizzate gerarchicamente in centri di
calcolo classificati come Tier-0, …, Tier-4. Uno strato di software
intermedio (il middleware della Grid) è responsabile della gestione
delle risorse così distribuite. L'esperimento LHCb sarà dotato di
un centro Tier-1, di 6 centri Tier-1 e di 14 centri Tier-2. Per
l'esperimento LHCb, sia il centro Tier-1 sia il centro Tier-2 sono
ospitati in Italia presso il centro di calcolo INFN-CNAF di
Bologna. Il gruppo LHCb di Bologna ha quindi stabilito una stretta
collaborazione con il centro di calcolo del CNAF per la gestione
delle risorse.
Nella fase di avvio del centro Tier-1 del CNAF, il gruppo LHCb di
Bologna ha realizzato la prima farm prototipale di computer,
costituita di PC commerciali privi di disco, che caricavano il
sistema operativo mediante boot di rete. L'esperienza maturata su
tale farm è stata documentata in un articolo sulla rivista Computer
Physics Communication.
Il prof. Domenico Galli è stato quindi chiamato dal presidente
dell'INFN Enzo Iarocci a far parte di un comitato ristretto per il
progetto del centro di calcolo Tier-1 italiano che ha posto le basi
per la costruzione delle infrastrutture del centro (potenza
elettrica istallata del'ordine di 3 megawatt).
In seguito, una volta valutata la criticità degli elementi del
sistema, il prof. Domenico Galli e il gruppo LHCb di Bologna hanno
focalizzato l'attenzione sulla parte giudicata più cruciale,
costituita dal sistema di memorizzazione dei dati su disco di
grande scala (ordine di decine di PiB) e di grande velocità di
lettura per l'analisi dati degli esperimenti, con accesso
caotico.
In particolare il prof. Domenico Galli ha proposto l'utilizzo di
file system paralleli, soluzione che in seguito è stata sviluppata
e interfacciata alla Grid da un gruppo di tecnologi del CNAF
(software StoRM, Grid Storage Resource Manager) e che ora il gruppo
LHCb di Bologna sta collaudando su grande scala. I primi test
effettuati, presentati alla conferenza CHEP 2007 e pubblicati in
seguito in un articolo su IEEE Transaction on Nuclear Sciences,
confermano il convincimento del prof. Domenico Galli sulla
superiorità dei file system paralleli rispetto a tutte le altre
soluzioni in via di sperimentazione presso i centri di calcolo di
LCG.
Il gruppo di Bologna è
attualmente impegnato nell'analisi dei dati dell'esperimento
LHCb concernente due misure:
-
Decadimenti charm-less
dei mesoni B in due adroni. I decadimenti dei mesoni B0 e B0s in
due adroni carichi senza produzione di charm sono processi
dovuti alle cosiddette transizioni in corrente carica “Cabibbo
soppresse”, del tipo b → u, cui si aggiungono processi di ordine
superiore cosiddetti “a pinguino”, con transizioni del tipo b → s o
b → d. La presenza in misura apprezzabile di ampiezze quantistiche
relative a processi di ordine superiore costituisce uno dei casi
più interessanti per la ricerca di eventuali effetti di Nuova
Fisica, perché proprio nelle ampiezze di transizione dello stato di
flavour di ordine superiore (in gergo loop) potrebbero
intervenire effetti correttivi dovuti alla propagazione di nuovi
stati di particelle virtuali.
I processi charmless sono processi rari, caratterizzati da
rapporti di diramazione dell'ordine di 10^−5 − 10^−6. In questa
classe di processi l'interferenza delle ampiezze quantistiche
produce effetti di violazione della simmetria CP che ci si aspetta
siano misurabili con grande precisione a LHCb grazie all'elevato
numero di eventi attesi per anno di presa dati (ordine di 10^5
eventi in un anno di presa dati, corrispondete a 1 − 2 fb^−1 di
luminosità integrata); a partire dalla misura delle osservabili si
può determinare il valore di uno dei parametri della matrice CKM
noto con precisione minore, denominato angolo γ del triangolo di
unitarietà e determinare anche il valore della fase di miscelamento
ϕs del mesone B0s.
Il programma di misura in questo settore prevede più generalmente
di realizzare misure di precisione dei rapporti di decadimento
relativi e assoluti fra tutti i possibili modi di decadimento (ad
esempio: B0 → K+ π−, B0 → π+ π−, B0s → K+ K−, ecc.), misure di
asimmetria CP integrate e misure delle distribuzioni dipendenti dal
tempo. La possibilità di compiere queste misure oltre a
un'eccellente risoluzione nella misura del tempo proprio di
decadimento dei mesoni B0 e B0s (ordine di 30 fs) e a un'ottima
risoluzione nella misura della massa invariante del decadimento in
due corpi (ordine di 20 MeV/c^2) richiede si disponga di
un'eccellente capacità di discriminazione fra pioni e kaoni carichi
presenti nello stato finale; queste misure costituiscono pertanto
un banco di prova cruciale dell'esperimento, in particolare a causa
della necessità di identificare gli adroni carichi dello stato
finale mediante due rivelatori di luce Cherenkov
(RICH).
-
Decadimento Bs → J/ψ ϕ. La
previsione teorica del valore di ϕs basata sul Modello Standard è
molto precisa (-0.036 ± 0.002). Al momento il valore di ϕs è stato
misurato al Tevatron di Fermilab dalle collaborazioni DØ e CDF con
almeno metà della statistica disponibile (dell'ordine 5 fb^−1), ma
la precisione è tuttora relativamente scarsa.
Il decadimento presenta un marchio sperimentale ideale. L'analisi è
però complicata dalla presenza di due particelle vettoriali nello
stato finale, in quanto a causa dei diversi momenti orbitali
relativi possibili esse possono trovarsi in due stati di CP
opposti. Le due componenti di segno opposto debbono essere
distinte. L'analisi per la determinazione del valore della fase ϕs
richiede quindi che, oltre alla misura delle distribuzioni
temporali, si attui anche la separazione statistica dei due diversi
stati di CP, mediante la determinazione delle diverse componenti
della distribuzione angolare dei prodotti di
decadimento.
