Catalogo dei Corsi di studio

OBIETTIVI GENERALI:
Lo scopo del corso è illustrare gli elementi base della progettazione degli esperimenti in fisica delle particelle e le principali metodologie di analisi dei dati raccolti da questi esperimenti 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.

OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere i metodi di analisi statistica dei dati, fit e test d'ipotesi utilizzati in un esperimento di fisica della particelle.
OF 2) Comprendere gli aspetti progettuali chiave per la misura di un osservabile in un esperimento di fisica delle particelle.
OF 3) Conoscere le principali strategie di selezione degli eventi, reiezione del fondo e controllo delle efficienze in un esperimento di fisica delle particelle.
B – Capacità applicative
OF 4) Saper implementare le opportune strategie di selezione ed analisi dei dati per la misura di un osservabile in fisica delle particelle.
C - Autonomia di giudizio
OF 5) Essere in grado di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle nel contesto di qualunque esperimento di fisica delle particelle.
D – Abilità nella comunicazione

E - Capacità di apprendere
OF 6) Avere la capacità di consultare articoli scientifici al fine di approfondire in modo autonomo alcuni argomenti introdotti durante il corso.

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.

Testi adottati

1) Materiale disponibile sul sito del corso:
https://elearning.uniroma1.it

- 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

a) È indispensabile che si abbiano le conoscenze previste per l'acquisizione di una laurea triennale in Fisica. Si richiedono competenze specifiche in fisica classica, fisica nucleare e subnucleare, meccanica quantistica, relatività ristretta, laboratorio di calcolo, elementi base di probabilità e statistica. b) E’ importante avere conoscenze di base di interazione radiazione materia e di rivelatori di particelle.

Modalità di valutazione

L'esame consiste in un colloquio sui temi più rilevanti illustrati nel
corso e nella risoluzione di esercizi proposti.
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
01/01/2022	09/01/2022	10/01/2022
18/01/2022	30/01/2022	31/01/2022
01/05/2022	15/05/2022	16/05/2022
01/06/2022	19/06/2022	20/06/2022
21/06/2022	03/07/2022	04/07/2022
01/09/2022	18/09/2022	19/09/2022
01/11/2022	13/11/2022	14/11/2022