1) Esperimento ALICE ad LHC (CERN): studio delle interazioni tra
ioni pesanti (Pb-Pb) ultrarelativistici fino a un'energia nel
centro di massa di 5.5 TeV per coppia di nucleone. I costituenti
del nucleone, in condizioni di altissima densità di energia e
temperatura, dovrebbero formare uno stato particolare della
materia, il Quark-Gluon Plasma. L'osservazione e lo studio di
questo stato e' tra i principali obiettivi dell'esperimento
2) Esperimento CMS ad LHC (CERN): studio delle interazioni
protone-protone a un'energia del centro di massa di 14 TeV.
Obiettivi principali dell'esperimento sono la ricerca del bosone di
Higgs e la ricerca di particelle supersimmetriche. 3) Esperimento
OPAL al LEP (CERN): studio delle interazioni
elettrone-positrone ad energie nel centro di massa fino a 209 GeV.
Misure di precisione dei parametri elettrodeboli del Modello
Standard, studio delle interazioni forti e ricerca di segnali di
nuova fisica.
La Dott.ssa S. Arcelli svolge attività scientifica nell'ambito
della della fisica sperimentale subnucleare, nucleare e delle
interazioni fondamentali. In particolare, nell'ultimo triennio
(2007-2011) la sua attività di ricerca è stata legata
all'esperimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
all'acceleratore LHC (Large Hadron Collider) del CERN, il cui
obiettivo principale e' lo studio delle interazioni tra ioni
pesanti (Pb-Pb) ultrarelativistici ad una energia nel sistema del
centro di massa fino a 5.5 TeV per coppia di nucleoni. In tali
interazioni, in cui si determinano condizioni di
altissima densità di energia e temperatura, i costituenti dei
nucleoni formano un sistema a molti corpi dominato dalle forze di
colore, dando origine ad uno stato in cui i partoni (quark e gluoni
) sono deconfinati, il cosiddetto Quark-Gluon Plasma (QGP).
- Esperimento ALICE all' acceleratore LHC del CERN.
Nell'ambito dell'esperimento ALICE, condotto da una collaborazione
internazionale (Link1) di circa 1000 ricercatori, il gruppo di
Bologna (Università/INFN) in cui e' inserita la Dott.ssa Arcelli ha
la completa responsabilità (costruzione, commissioning, presa dati,
calibrazione, ricostruzione ) del rivelatore a Tempo di Volo
(TOF),costituito da 18 Super Moduli con una copertura azimultale
completa nella regione di pseudorapidita' centrale |eta|<0.9
contenenti rivelatori a gas (le Multigap Resistive Plate
Chamber,MRPC), dotati di un'eccellente risoluzione temporale
intrinseca (<50 ps). Grazie a un efficiente monitoraggio della
qualita' dei dati, di accurate procedure di calibrazione e
raffinamenti degli algoritmi di ricostruzione, durante il periodo
di presa dati 2009-2011 il TOF ha raggiunto eccellenti prestazioni
nella la misura dei tempi di volo delle particelle prodotte nella
regione centrale di pseudorapidita', consentendo un'affidabile e
accurata identificazione di pioni, kaoni e protoni con
impulsi intermedi (da 0.5 a 2.5 GeV/c per la separazione di
pioni e Kaoni, e fino a 4 GeV/c per la separazione di Kaoni e
protoni). Tali capacita' di identificazione sono utilizzate in una
vasta serie di studi di fisica che fanno parte del programma
scientifico dell'esperimento, sia su dati di collisioni
protone-protone che Pb-Pb. Attualmente, Silvia Arcelli svolge
attività di analisi dati, occupandosi dello studio degli spettri in
impulso e dei rapporti di produzione di adroni carichi
identificati, sia in interazioni protone-protone (alle energie
di 900 GeV e 7 TeV ), che in collisioni di ioni pesanti
ultrarelativistici ad un'energia nel centro di massa di
2.76 TeV/NN, utilizzando i campioni di dati raccolti
dall'esperimento nel periodo 2009-2010. Si occupa inoltre dello
studio delle proprietà e del tasso di produzione delle
risonanze phi e K* in collisioni p-p. Tali misure, oltre a fornire
informazioni sui meccanismi di produzione di particelle in
collisioni adroniche, rappresentano un riferimento per
l'interpretazione dei risultati dello stesso studio in collisioni
PbPb, la cui analisi è in corso.
Altre attivita' di ricerca svolte negli anni precedenti (2000-2007)
da Silvia Arcelli sono connesse agli esperimenti CMS (a LHC) e OPAL
(presso l'acceleratore LEP):
- Esperimento CMS (Compact Muon Solenoid) all' acceleratore
LHC del CERN (Link2). I principali obiettivi scientifici
dell'esperimento CMS sono: i) la ricerca del bosone di Higgs, sia
nell'ambito del Modello Standard che nel Modello Supersimmetrico
Minimale, e la misura delle sue proprietà; ii) la ricerca di
particelle supersimmetriche; iii) misure di fisica Elettrodebole,
in particolare lo studio delle proprietà del quark top (massa,
rapporti di decadimento e sezione d'urto di produzione).
L'esperimento, che inizierà la fase di presa dati nel 2009, ha come
componenti principali un sistema di tracciamento centrale e un
sistema di calorimetria elettromagnetica ed adronica (entrambi
immersi in un campo magnetico di 4 T generato da solenoide
superconduttore), e un sistema per la rivelazione di muoni,
collocato esternamente al magnete e realizzato utilizzando tre
diverse tecnologie (Drift Tubes, Cathode Strip Chambers e Resistive
Plate Chambers). Nell'ambito del gruppo di ricerca dell'INFN di
Bologna che partecipa alla realizzazione delle camere a muoni del
barrel di CMS (Drift Tubes), Silvia Arcelli ha svolto attività di
costruzione, di simulazione Monte Carlo e alla messa a punto di
algoritmi del sistema di Trigger (sia di primo livello che di alto
livello) per il rivelatore di muoni.
- Esperimento OPAL all' acceleratore LEP
del CERN. Il programma scientifico dell'esperimento OPAL e'
stato lo studio delle interazioni elettrone-positrone fino a 209
GeV di energia nel centro di massa, presso l'acceleratore LEP del
CERN di Ginevra (Link3). Sebbene l'esperimento abbia si sia
concluso inel 2000, l'analisi della grande mole di dati acquisiti è
proseguita negli anni successivi. Obiettivi principali del
programma scientifico dell'esperimento sono la verifica di
precisione del Modello Standard (sia nell'ambito del settore
elettrodebole che in quello della Cromodinamica Quantistica), la
ricerca di nuove particelle ed uno studio approfondito delle
proprietà dei quark pesanti. I risultati pubblicati più rilevanti
riguardano: i) la misura di grande precisione della massa,
larghezza e dei rapporti di decadimento del bosone intermedio Z0.
Sulla base di queste misure è stata esclusa una quarta famiglia di
neutrini leggeri e sono stati posti limiti indiretti sulla massa
del quark top, successivamente osservato presso l'acceleratore
Tevatron del Fermilab; ii) misure di elevata precisione delle
proprietà (masse, larghezze, rapporti di decadimento, sezioni
d'urto) dei bosoni vettori intermedi W+, W- e degli accoppiamenti
trilineari fra bosoni di gauge (ZWW, gammaWW) che risultano dalla
struttura di gauge non abeliana della teoria elettrodebole; iii)
evoluzione con l'energia nel centro di massa dell'accoppiamento
forte, in eccellente accordo con le previsioni della Cromodinamica
Quantistica; iv) misura delle proprietà (masse, vite medie,
rapporti di decadimento) degli adroni contenenti quark pesanti e
del mixing nel settore del quark bottom; v) limiti sulla produzione
di nuove particelle, quali il bosone di Higgs e le particelle
supersimmetriche.
