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ALEPH (Apparatus for LEP pHysics)

ALEPH Italia 2023 – Bari 6-7 Novembre 2023

I ricercatori italiani dell’esperimento ALEPH (Apparatus for LEP pHysics), a 40 anni dall’inizio dell’esperimento e a 20 dalla sua conclusione, si sono dati convegno presso il Dipartimento Interateneo di Fisica e la Sezione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Bari per riesaminare l’impatto dell’esperimento sulla comunità scientifica nazionale e valutare il contributo alla evoluzione della conoscenza sia dal punto di vista scientifico che tecnologico.

Barrel dell'apparato ALEPH: Da sinistra a destra: Jacques Lefrancois, Jack Steinberger, Lorenzo Foa e Pierre Lazeyras. Jack Steinberger (premio Nobel nel 1988) è stato il primo spokesman dell’esperimento ALEPH, Jacques Lefrancois il secondo, Lorenzo Foa il terzo. Pierre Lazeyras si occupò della gestione tecnica e finanziaria dell’esperimento.
Da sinistra a destra: Jacques Lefrancois, Jack Steinberger, Lorenzo Foa e Pierre Lazeyras. Jack Steinberger (premio Nobel nel 1988) è stato il primo spokesman dell’esperimento ALEPH, Jacques Lefrancois il secondo, Lorenzo Foa il terzo. Pierre Lazeyras si occupò della gestione tecnica e finanziaria dell’esperimento. © 1988-2023 CERN (License: CC-BY-SA-4.0)

L’Italia partecipò all’esperimento ALEPH con le strutture di Bari, Pisa, Trieste ed i Laboratori Nazionali dell’INFN di Frascati, e poi anche Firenze e Milano. Sotto la guida di Jack Steinberger, spokesman dell’esperimento, e di Lorenzo Foa, condottiero delle truppe italiane, i gruppi italiani contribuirono alla realizzazione di alcuni dei rivelatori tra i più innovativi:

  • La Time Projection Chamber (TPC) in grado di fornire la ricostruzione tridimensionale dei tratti di traccia delle particelle cariche che attraversavano l’enorme volume sensibile della camera.
  • Il calorimetro adronico tracciante (HCAL), un rivelatore tutto italiano, realizzato con tubi streamer sviluppati da Enzo Iarocci presso i Laboratori Nazionali di Frascati.
  • Il rivelatore a silici (VDET), che consentiva di determinare con grande precisione la posizione delle tracce subito a ridosso del vertice di produzione consentendo di migliorarne la ricostruzione.

In maniera trasversale, le diverse strutture parteciparono alla realizzazione del software per la simulazione dell’apparato, la ricostruzione degli eventi, la preparazione dei tool di analisi, e all’analisi dei dati.
La qualità dell’apparato e la sua accurata simulazione consentirono, consentirono di effettuare misure con una straordinaria precisione. È stato così possibile effettuare una verifica puntuale ed accurata del Modello Standard, la teoria delle interazioni fondamentali, con l’esclusione di quella gravitazionale.

Un evento acquisito dall'apparato ALEPH. Sono ben visibili le tracce rivelate dalla TPC (zona scura) e piegate dal campo magnetico. La corona rossa più esterna rappresenta il calorimetro adronico e la linea nera ancora più esterna il secondo strato di camere per la rivelazione dei muoni. Le particelle, penetrando nel calorimetro adronico attivano i tubi streamer. Nel settore in basso a sinistra è visibile un muone che attraversa tutto il calorimetro adronico accendendo uno o due tubi vicini in ognuno dei 23 strati del calorimetro e nella camera per i muoni. Gli sciami adronici, invece, interessano solo i primi strati del calorimetro.
Un evento acquisito dall’apparato ALEPH. Sono ben visibili le tracce rivelate dalla TPC (zona scura) e piegate dal campo magnetico. La corona rossa più esterna rappresenta il calorimetro adronico e la linea nera ancora più esterna il secondo strato di camere per la rivelazione dei muoni. Le particelle, penetrando nel calorimetro adronico, attivano i tubi streamer. Nel settore in basso a sinistra è visibile un muone che attraversa tutto il calorimetro adronico accendendo uno o due tubi vicini in ognuno dei 23 strati del calorimetro e nella camera per i muoni. Gli sciami adronici, invece, interessano solo i primi strati del calorimetro.

L’esperimento ALEPH modificò radicalmente la ricerca svolta nella struttura di Bari.
Con ALEPH si concluse l’attività con le camere a bolle che utilizzavano tecniche visuali (fotografie) per la misura delle tracce delle particelle, attività che per anni era stata quella più importante nella sede di Bari. Molti ricercatori, con la chiusura delle grandi camere a bolle del CERN, dovettero riconvertirsi alle nuove tecnologie che facevano uso di rivelatori elettronici.
Tutto questo provocò un rimescolamento dei tradizionali gruppi di ricerca. Alcuni gruppi si scissero per dar luogo a nuove aggregazioni: i ricercatori baresi che confluirono in ALEPH provenivano per il 50% dal gruppo operante con rivelatori elettronici e per l’altro 50% dal gruppo di camere a bolle.
L’esperimento rappresentò, per la Sezione di Bari, una sezione tutto sommato all’epoca ancora piuttosto giovane (era stata costituita circa 10 anni prima), il banco di prova per dimostrare (innanzitutto a sé stessa ma anche a tutta la comunità scientifica nazionale) la capacità di realizzare grandi apparati sperimentali all’interno di ampie collaborazioni.
Il gruppo barese si fece carico della realizzazione di uno degli end-cap del calorimetro adronico e dello sviluppo della elettronica per la lettura dell’informazione digitale prodotta dall’intero calorimetro (barrel più end-cap, 120.000 elementi sensibili), sviluppo che rappresentò uno dei primissimi esempi nell’INFN di progettazione di circuiti integrati (ASIC) mediante l’utilizzo di strumenti CAD e pose le basi per la costituzione, nella Sezione INFN di Bari, del Servizio Elettronico, le cui competenze sono oggi ampiamente riconosciute.

Rivelatore di vertice VDET2, alla cui realizzazione il gruppo di Bari fornì un significativo contributo.
Il rivelatore di vertice VDET2, alla cui realizzazione il gruppo di Bari fornì un significativo contributo.

Significativa è anche stata la partecipazione di Bari alla realizzazione di VDET2, la versione due del rivelatore a silicio per la determinazione precisa del vertice di interazione. Bari poté dotarsi della attrezzatura specifica per la manipolazione dei rivelatori al silicio: camere pulite, misuratore tridimensionale di precisione, probe station, macchina per micro-bonding, etc. ponendo le basi ad una nuova linea di attività, quella sui rivelatori al silicio, che si è rivelata di interesse per numerosi gruppi della struttura di Bari.

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