Catalogo dei Corsi di studio

Lo scopo del corso è illustrare come gli esperimenti in fisica delle particelle elementari sono progettati e come i
dati raccolti da questi esperimenti sono analizzati allo scopo di ottenere dei risultati di fisica.
Una selezione di esperimenti storici e recenti e' considerata e discussa.
Al termine del corso lo studente e' in grado di capire e discutere articoli specialistici sulle misure degli esperimenti
ed
ha acquisito concetti e strategie indispensabili per l'analisi dei dati, richiesti, ad esempio, per lo svolgimento di una
tesi in fisica sperimentale delle particelle elementari.

Programma

1. Introduzione storica, esempio di esperimento di diffusione, unita' di misura,
scale di energia, interazioni fondamentali, sezione d'urto, vita media e stima degli ordini di grandezza.

2. La logica di un esperimento in fisica delle particelle.
Selezione e riduzione dei dati, trigger, ricostruzione offline, analisi.
Conteggio degli eventi, cenni su normalizzazione, efficienza, risoluzione e stima del fondo.

3. Le quantità da misurare in fisica delle particelle con esempi.
Sezione d'urto, Branching ratio, asimmetria, massa, larghezza e vita media delle particelle elementari.
Gli aspetti della misura legati al fascio: flusso, luminosita', pile-up.
Gli aspetti della misura legati al rivelatore: accettanza geometrica, efficienza, risoluzione, tecniche di convoluzione e deconvoluzione, stima e sottrazione del fondo.
Simulazione Monte Carlo, teoria ed esempi. Fit dei dati.
Introduzione ad analisi discriminante e multivariata.
Misure assolute e misure relative, valutazione delle incertezze sistematiche.

4. Il linguaggio delle variabili casuali e inferenza statistica.
Ripasso di concetti fondamentali in statistica e delle principali distribuzioni di probabilita'. Incertezze statistiche e sistematiche.
Analisi delle distribuzioni di eventi, verosimiglianza, fit, scelta della statistica di test, stima dei parametri, intervalli di confidenza, approccio frequentista e baysiano.
Esempi di fit di segnale e segnale + fondo.
Ricerca di segnale, limiti superiore e inferiore nell'approccio frequentista e bayesiano. Metodo CLs. L'effetto look-elsewhere. L'esempio dell'osservazione del bosone di Higgs.
Fit cinematici.

5. Esempi di progettazione rivelatori e misure a collisori adronici, e+e-, esperimenti a targhetta fissa, fasci di neutrini, esperimenti underground o su satellite.
Seminari tematici su misure di esperimenti o tecniche avanzate di analisi dati (Machine learning).

Testi adottati

1) Materiale disponibile sul sito del corso http://www.roma1.infn.it/~didomeni/MEPP/MEPP1819/mepp1819ii.html
(vedi anche https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=7207)

- Dispense su analisi dati in fisica delle particelle e metodi statistici avanzati.
- Raccolta di esercizi con soluzione su argomenti del corso.
- Slides presentate a lezione.
- Lista di articoli di ricerca originali con esempi di misure effettuate da esperimenti nel campo della fisica sperimentale.

2) G. Cowan, Statistical Data Analysis, Oxford Science Publications (1998)

3) Articoli di ricerca originali con esempi di misure effettuate da esperimenti nel campo della fisica delle particelle.

Bibliografia di riferimento

1) G. Cowan, Statistical Data Analysis, Oxford Science Publications (1998) 2) L. Lista, Statistical Methods for Data Analysis in Particle Physics, Springer (2018) 3) G. D’Agostini, Bayesian reasoning in data analysis, World Scientific (2005) 4) Robert N. Cahn, Gerson Goldhaber "The Experimental Foundations of Particle Physics", 2nd Edition, Cambridge University Press (2009) 5) M. Tanabashi et al. (Particle Data Group), The Review of Particle Physics, Phys. Rev. D 98, 030001 (2018).

Prerequisiti

Conoscenze di base di probabilita' e statistica. Conoscenze di base di fisica nucleare e subnucleare.

Modalità di frequenza

La frequenza delle lezioni in aula e' facoltativa.

Modalità di valutazione

L'esame consiste in un colloquio sui temi più rilevanti illustrati nel
corso. Inoltre viene richiesto di illustrare in dettaglio una misura di un esperimento nel campo della fisica delle particelle e descritta in un articolo specialistico.

Per superare l'esame lo studente/la studentessa deve essere in
grado di presentare gli argomenti in generale e nella loro applicazione al caso specifico discusso secondo i metodi appresi in esercizi o ad esempi e situazioni simili a quelle discusse durante il corso.

Nella valutazione si tiene conto di:
- correttezza e completezza dei concetti esposti;
- chiarezza e rigore espositivo;
- capacità di sviluppo analitico della teoria;
- attitudine nel problem solving (metodo e risultati).

Esercizi con soluzione numerica e prove scritte in itinere proposte durante il corso complementano la valutazione finale.

Data inizio prenotazione	Data fine prenotazione	Data appello
03/01/2020	19/01/2020	20/01/2020
02/01/2020	02/02/2020	17/02/2020
01/05/2020	10/05/2020	11/05/2020
01/06/2020	14/06/2020	15/06/2020
16/06/2020	06/07/2020	07/07/2020
01/09/2020	12/09/2020	14/09/2020
01/11/2020	08/11/2020	09/11/2020