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Le attività di ricerca di ATLAS verificano in modo sempre più accurato le predizioni del Modello Standard, la teoria che oggi meglio descrive i costituenti fondamentali della materia e le loro interazioni, ovvero le forze fondamentali che governano l’Universo. Questi studi hanno portato a scoperte importanti, come quella del bosone di Higgs nel Luglio del 2012, congiuntamente con la collaborazione CMS.

Identificare e studiare nel dettaglio la fenomenologia del bosone di Higgs non è l’unico scopo dei ricercatori della collaborazione ATLAS. Sono, infatti, impegnati nella ricerca di fenomeni che vanno oltre le predizioni del Modello Standard guidati dalle implicazioni fenomenologiche di nuove teorie (ad es. Supersimmetria, teorie di Grande Unificazione, teorie con dimensioni extra etc) che potrebbero rispondere ad alcuni problemi irrisolti del MS e, quindi, descrivere meglio il nostro Universo.

L’esperimento ATLAS è collocato nel punto 1 dell’acceleratore LHC ad una profondità di circa 100 metri sotto la superficie terrestre. ATLAS ha, similmente all’esperimento CMS, una forma cilindrica di 44 metri di lunghezza e diametro di 25 metri, numeri che lo rendono l’esperimento più grande di LHC, con una massa di circa 7000 tonnellate.
La sua struttura a strati è tipica degli esperimenti cosiddetti “multi-purpose”, costituiti da molteplici sotto-rivelatori, di forma cilindrica, posti in strati concentrici al tubo a vuoto che ne percorre l’asse, in cui viaggiano i pacchetti di protoni (o di ioni pesanti, quali il piombo) che si scontrano nel punto di interazione posto esattamente al centro del rivelatore. Il rivelatore è costituito da un “tracciatore”, un magnete solenoidale superconduttore, un calorimetro elettromagnetico, un calorimetro adronico e un sistema di magneti superconduttori toroidali. Al di fuori del sistema di magneti, troviamo l’ultimo strato del rivelatore: uno spettrometro costituito da una serie di rivelatori a gas per il tracciamento e l’identificazione dei muoni.

La struttura “a cipolla” del rivelatore ha come scopo quello di rivelare le più piccole ma più energetiche particelle mai create dall’uomo. I sei diversi sotto-rivelatori sono posti concentricamente rispetto al punto di interazione per registrare in tempo reale la traiettoria, l’impulso e l’energie delle particelle, permettendo ai fisici di identificarle e misurarne tutte le caratteristiche interessanti. Il sistema di magneti è decisivo a questo scopo, perché permette di curvare le traiettorie delle particelle cariche e, quindi, di identificarne gli impulsi con grande precisione.

Il gruppo di Bologna si inserisce all’interno di questa collaborazione internazionale fin dal 2005, e conta attualmente circa 50 componenti, fra fisici, tecnologi, tecnici e studenti di dottorato. Il gruppo è entrato a far parte della collaborazione ATLAS con tre attività: la progettazione e costruzione del rivelatore di luminosità LUCID, la realizzazione e test del sistema di trigger del rivelatore di muoni e test su una parte delle camere di questo rivelatore (RPC), integrando, più tardi, le attività con la progettazione elettronica relativa al rivelatore centrale a Pixel e con il mantenimento e lo sviluppo delle camere RPC per la rivelazione dei muoni.
In vista dell’inizio della prossima presa dati con il Run 3 (2021-2024), il gruppo è impegnato nella realizzazione di camere RPC di nuova generazione, progetto pionieristico per l’upgrade del rivelatore per la fase di High Luminosity LHC (dal 2026), nella quale la luminosità istantanea fornita da LHC sarà incrementata di circa un fattore tra 3 e 4. Queste nuove condizioni impongono un upgrade sostanziale di tutto l’esperimento. In tale ambito il gruppo di Bologna è impegnato nell’upgrade del rivelatore di muoni, nella costruzione di un nuovo rivelatore di luminosità, nel test di una frazione importante dei sensori del nuovo tracciatore centrale (ITk) e nelle attività di Data Acquisition e trigger (TDAQ).
L’insieme delle attività tecniche si è poi estesa, più recentemente, anche ad attività nel campo del computing.

Il gruppo è impegnato in attività di analisi fisica degli eventi raccolti dall’esperimento ATLAS, in molteplici ambiti in collaborazione con colleghi provenienti da altre istituzioni. Nel settore del Modello Standard, il gruppo è impegnato da anni in diverse misure di precisione soprattutto riguardanti il bosone Z. Nel settore del bosone di Higgs, si è occupato dello studio delle proprietà di questa particelle e, più nello specifico, dei suoi accoppiamenti con i quark top e con i bosoni vettori, nel canale di decadimento in due quark bottom.
Il gruppo partecipa, inoltre, da anni ad analisi nella fisica del quark top, avendo un’esperienza ormai decennale nelle misure delle sezioni d’urto inclusive e differenziali della produzione di una coppia di top a diverse energie, ed espandendo, più recentemente, il proprio impegno anche in misure sulla massa del top.
Nel settore della fisica oltre il Modello Standard, siamo impegnati in analisi che hanno lo scopo di verificare sia l’esistenza di particelle ipotizzate dai modelli supersimmetrici sia da modelli cosiddetti “esotici”, in cui si cerca di estendere le simmetrie della Natura oltre a quelle su cui è costruito il Modello Standard.