LHCb
Coordinate: 46°14′27.64″N 6°5′48.96″E / 46.2410111°N 6.0969333°E
 La catena degli acceleratori del CERN, organizzati in stadi successivi di accelerazione terminanti con l'iniezione in LHC. |
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| Esperimenti a LHC | |
| ATLAS | A Toroidal LHC ApparatuS |
| CMS | Compact Muon Solenoid |
| LHCb | LHC-beauty |
| ALICE | A Large Ion Collider Experiment |
| TOTEM | Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation |
| LHCf | LHC-forward |
| Catena di preaccelerazione | |
| p e Pb | acceleratore lineare per protoni e piombo |
| (non indicato) | Proton Synchrotron Booster |
| PS | Proton Synchrotron |
| SPS | Super Proton Synchrotron |
L'esperimento LHCb (acronimo di "Large Hadron Collider beauty") è uno dei sei esperimenti di fisica delle particelle dell'acceleratore LHC al CERN. LHCb è un esperimento specializzato nella fisica del quark b, con lo scopo di misurare i parametri della violazione CP e decadimenti e fenomeni rari nella fisica degli adroni dotati di b.
Indice |
[modifica] Motivazioni fisiche
Sebbene gli studi della fisica dei sapori pesanti effettuati in recenti esperimenti (per esempio BaBar, Belle, CDF e DØ), sia ampiamente compatibile con il meccanismo CKM e quindi con il Modello Standard, altri fenomeni rivelano la possibile presenza di fisica non spiegabile da questo modello.
In particolare la violazione della simmetria CP misurata nell'ambito dei decadimenti dei mesoni K e B, non sarebbe completamente spiegabile all'interno del Modello Standard e richiederebbe pertanto fonti aggiuntive spiegabili invece tramite nuovi modelli (Es. Supersimmetria). Questi nuovi modelli prevedono inoltre un aumento della probabilità di decadimento per decadimenti rari o completamente proibiti all'interno del Modello Standard.
Questi ed altri studi saranno possibili all'interno dell'esperimento LHCb.
[modifica] Il rivelatore LHCb
L'esperimento LHCb [1]studierà le collisioni di protoni prodotte dall'acceleratore LHC ad un'energia di 14 TeV. In queste condizioni la sezione d'urto per la produzione di coppie di quark 
è prevista essere, seppur con grande incertezza, di circa 500 μb. Presso LHCb la luminosità dei due fasci di protoni sarà di 2 x 1032 cm-2 s-1: essa è inferiore a quella nominale di LHC per poter avere prevalentemente una sola interazione protone-protone per evento, rendendo così gli eventi più facilmente analizzabili, minore l'occupanza del rivelatore e diminuendo così anche i danni da radiazione. In queste condizioni verranno prodotte circa 
coppie di per anno.
Il rivelatore dell'esperimento LHCb è uno spettrometro a singolo braccio posto in avanti rispetto alla zona di interazione con una copertura angolare da 10 mrad a 300 (250) mrad nel piano orizzontale (verticale). Questa scelta è stata effettuata perché gli adroni con b e con anti-b, alle energie suddette, vengono prodotti principalmente nella stessa regione in avanti o indietro rispetto alla zona di interazione. La regione simmetrica rispetto all'esperimento LHCb, indietro rispetto al punto di interazione, non è stata sfruttata per mancanza di spazio: la collaborazione decise infatti, anche per ragioni economiche, di non allargare la galleria preesistente, già occupata dall'esperimento DELPHI, presso il precedente acceleratore LEP.
[modifica] Requisiti
Considerando che LHCb deve rivelare decadimenti rari dei mesoni B in un ambiente con alto fondo e alti rate le caratteristiche principali del sistema di rivelazione devono essere le seguenti:
- deve essere possibile determinare con precisione micrometrica la posizione dei vertici primari d'interazione protone-protone e la posizione dei vertici secondari di decadimenti dei mesoni B, al fine di misurare con precisione adeguata il tempo proprio di decadimento. La risoluzione temporale deve essere elevata, dell'ordina di decine di femto secondi, specialmente per poter risolvere l'oscillazione del mesone Bs e, in generale, le asimmetrie dipendenti dal tempo. Inoltre una buona risoluzione sui vertici è importante perché la presenza di un vertice secondario distante dal vertice primario è la firma distintiva di un decadimento di un adrone con b;
- LHCb deve essere dotato di un sistema d'identificazione delle particelle, efficiente e selettivo. In particolare è necessario distinguere i leptoni (e/
) per il trigger e per il B-tagging, ma soprattutto discriminare 
/K su di un'ampia regione d'impuso, variabile tra alcuni GeV e 100 GeV. LHCb deve essere dotato anche di un sistema di identificazione delle particelle neutre, dei leptoni e degli adroni, da usare sia per le esigenze di trigger, sia nella ricostruzione offline degli eventi acquisiti; - la risoluzione in massa invariante deve essere tale da consentire di rigettare efficacemente il fondo combinatorio dovuta alla combinazione casuale delle tracce. È necessario pertanto misurare con alta precisione l'impulso delle particelle;
- LHCb deve essere inoltre dotato di un sistema di trigger veloce ed efficiente, organizzato in più livelli, applicati in cascata, da utilizzare per selezionare gli eventi in cui abbia avuto luogo una produzione di mesoni B e rigettare il fondo costituito da eventi con produzione di quark leggeri o quark charm. Questo è realizzato selezionando particelle con alto impulso trasverso e vertici di decadimento secondari lontani dal vertice primario.
) per il trigger e per il 
/K su di un'ampia regione d'[modifica] Sottorivelatori
Il rivelatore di vertici (VELO - vertex locator) è costruito attorno alla regione di interazione tra i protoni. È usato per determinare le traiettorie delle particelle vicine al punto di interazione per separare con precisione i vertici primari e secondari, per esempio per il B-tagging.
Appena dopo il rivelatore di vertici è presente un RICH-1 (un Ring imaging Cherenkov detector). È usato per l'identificazione delle particelle di basso impulso.
Il sistema principale di tracciamento è posto prima e dopo un dipolo magnetico. Viene usato per ricostruire le traiettorie delle particelle cariche e per misurare il loro impulso.
Dopo il sistema di tracciamento c'è il RICH-2. Viene usato per l'identificazione di particelle con alto impulso.
I calorimetri elettromagnetici e adronici forniscono la misura dell'energia degli elettroni, fotoni e degli adroni. Queste misure sono usate come trigger per identificare particelle con alto impulso trasverso.
Esternamente sono presenti rivelatori per i muoni. 
[modifica] Magnete
Per misurare l'impulso delle particelle è utilizzato un magnete "caldo" (non superconduttore). La geometria del magnete è determinata dall'accettanza del rivelatore. È formato da due avvolgimenti a forma di cono, simmetrici, costituiti da conduttori d'alluminio. L'intensità massima del campo d'induzione magnetica è di circa 1 tesla, la direzione è quella verticale. Il magnete è stato progettato in modo che il campo magnetico fosse il più alto possibile tra il VELO e le stazioni di tracciamento e meno di 2 mT nella regione di RICH.
Alle particelle che attraversano il campo magnetico per 10 metri corrisponde in media un campo magnetico integrato del valore di 
.
Il campo magnetico può essere facilmente invertito grazie alla sua natura non superconduttiva.
[modifica] Istituti partecipanti
Ad LHCb collaborano circa 700 persone (senza contare gli studenti) provenienti da 15 nazioni diverse[2].
[modifica] Brasile (21)
[modifica] Cina (10)
[modifica] Francia (68)
[modifica] Germania (38)
[modifica] Irlanda (9)
[modifica] Italia (89)
[modifica] Paesi Bassi (50)[modifica] Polonia (15) |
[modifica] Romania (9)[modifica] Russia (98)
[modifica] Spagna (42)
[modifica] Svizzera (103)
[modifica] Ucraina (7)
[modifica] Regno Unito (128)
[modifica] Stati Uniti d'America (12)
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[modifica] Note
- ^ LHCb Collaboration (2008). The LHCb Detector at the LHC. Journal of Instrumentation 3 (8): S08005 (in inglese). DOI:10.1088/1748-0221/3/08/S08005.
- ^ (EN) LHCb graybook. URL consultato il 06-06-2009.
