(Responsabile Prof. L. Merola)

L'attività del gruppo di Napoli che partecipa all'esperimento L3 al LEP (Large Electron Positron Collider) del CERN, in collaborazione con i gruppi di Firenze, Perugia, Roma e Milano, oltre a numerose collaborazioni europee ed extraeuropee, si e' sviluppata, durante l'ultimo anno, su diverse linee nelle quali il contributo del gruppo e' risultato particolarmente significativo.

L'esperimento L3 si trova in una delle quattro zone d'intersezione distribuite lungo l'anello di accumulazione di elettroni e positroni LEP al CERN di Ginevra.

Dopo la prima fase, iniziata nel 1989, in cui l’acceleratore ha operato nell'intorno di 91 GeV, valore di picco della curva di risonanza della Z°, si è passati ad energie intermedie, 130-140 GeV nel 1995 , a 161 GeV e a 175 GeV nel 1996 ed infine a 185 GeV nel 1997. Scopo dell'esperimento è lo studio delle interazioni e+e- per effettuare verifiche di precisione della teoria elettrodebole nell'ambito del Modello Standard , la ricerca del bosone di Higgs e la ricerca di nuove particelle.

Nell'ambito dell'esperimento L3 il gruppo di Napoli ha partecipato alla costruzione dello spettrometro per muoni realizzando il piano piu' interno di camere a deriva dello spettrometro, l'elettronica di lettura delle camere Z ed ha sviluppato l'hardware e il software necessari per i sistemi di controllo dello spettrometro. Ha inoltre partecipato al progetto di 'upgrade' dello spettrometro, previsto per la fase 2 di LEP, al fine di aumentare la copertura angolare nella rivelazione dei muoni a piccolo angolo rispetto ai fasci. E’ stato responsabile della realizzazione di un sistema di 600 m2 di RPC (Resistive Plate Counters), rivelatori ad ottima risoluzione temporale (2 ns) utilizzati per la generazione del trigger e di tutta l'elettronica per il sistema di trigger (dal front-end al processore per la ricerca di tracce puntanti al vertice di interazione). Lo spettrometro a piccolo angolo ha funzionato con le prestazioni attese di fisica durante tutti i run di LEP1 e LEP2.

Nel corso del 1997 il gruppo ha continuato ad essere responsabile della gestione e manutenzione del sistema di trigger a RPC, ha partecipato attivamente alla raccolta dei dati, ha portato avanti la produzione in sede di eventi Monte Carlo tramite un sistema di workstations ad alte prestazioni e si è occupato dei seguenti temi di analisi fisica:

• Analisi di selezione del canale WW --> qqmunu

• Ricostruzione diretta della massa del W

• Misura della sezione d'urto di produzione di W singola e ricerca di

particelle supersimmetriche.

• Ricerca di decadimenti rari di mesoni B e studio dei decadimenti

semileptonici di quark b in adroni non contenenti charm

• Analisi dei dati per la ricerca di particelle supersimmetriche, ed in particolare ricerca di chargini neutralini a sqrt s=172 GeV e ricerca di gravitini super leggeri a sqrt s=183 GeV.

• Analisi dei dati di L3 finalizzati allo studio del comportamento degli RPC.

Il programma scientifico del LEP prevede un incremento dell'energia nel centro di massa ad oltre 185 GeV. Tale regione in energia sarà cruciale per ulteriori test del Modello standard e per la ricerca dell'Higgs e di nuove particelle. L'analisi fisica a Napoli ed al CERN e la gestione del sistema di trigger ad RPC continuerà come nel passato.

The Naples group participates in the L3 experiment at LEP (Large Electron Positron Collider) at CERN, in collaboration with Firenze, Perugia, Roma and Milano universities and many european and non-european institutions. L3 is one of the 4 experiments installed along the LEP electron positron storage ring at CERN (Geneva).

After phase I, started in 1989, where LEP operated at around 91 GeV, near the Z resonance, a centre-of-mass energy of 130-140 GeV was reached in 1995, 161 and 175 GeV in 1996, and eventuallly 185 GeV in 1997. Electroweak precision tests of the Standard Model and the search for the Higgs bosons and new particles in e+e- interactions are the main objectives of the LEP experiments. The Naples group participated in the muon spectrometer project, taking care of the inner layer of the drift chambers, the readout electronics for the Z chambers and the monitoring and control hardware and software systems of the spectrometer. The group has also taken part in the upgrade of the spectrometer, as planned for LEP phase II, in order to increase the angular coverage for muon detection at small angles. It has taken the responsibility for the construction of 600 m2 of RPC (Resistive Plate Counters), which are high time resolution (2 ns) detectors dedicated to the trigger generation and has also implemented the electronics from the front-end up to the track finder. The small angle spectrometer has successfully operated in LEP1 and LEP2 data taking.

In 1997 naples group has been responsible for the RPC trigger system, partecipated to data taking, Montecarlo event production at home institution (with a dedicated computer farm) and has been involved in the following physics analysis items:

• Selection criteria for WW --> qqmunu.

• Direct reconstruction of W mass.
• Measurement of the single W production cross section.
• Search for supersimmetric particles: neutralinos, charginos, gravitinos at 172 and 183 GeV.

• Search for B meson rare decays and study of decay charmless channels.

• Analysis of the L3 data to study RPC performance.

The scientific program of LEP forsees an upgrade of the cms energy up to more than 185 GeV. The energy regime will be crucial both for new tests of the SM and for searches for Higgs and new particles. Physics analysis in Naples and at CERN and the maintenance of the RPC trigger system will continue, as in the past.

Il programma sperimentale è svolto in collaborazione con numerose istituzioni italiane e straniere ed ha come scopo lo studio della violazione della simmetria CP nei decadimenti dei mesoni K neutri nell’esperimento KLOE alla -factory (e+e->) DANE di Frascati.

Il gruppo di Napoli è responsabile del sistema di readout dei dati dalle schede di front-end. Il sistema è basato su due tipi di hardware processor in standard VME (ROCK e ROCKM) che operano come master di due bus "custom", l’AUXbus che è un crate-bus ed il Cbus che è un cable-bus. Il gruppo partecipa, inoltre, attivamente sia alla preparazione del software di ricostruzione e analisi degli eventi sia alla preparazione del software di controllo apparato e acquisizione dati.

Nel corso del 1997 sono stati consegnati e collaudati i backplane VME monolitici KLOE, su cui è integrato l’AUXbus. Sono stati prodotti su progetto del gruppo di Napoli dalla Elcotron di Nyon.

E' stato completato il collaudo delle schede ROCK (50). Tutti gli esemplari della serie hanno superato un test di funzionamento prolungato, di oltre 24 ore consecutive. Le schede sono ormai tutte a disposizione della collaborazione e la maggior parte di esse sono già state installate in apparato e da mesi raccolgono dati di raggi cosmici con i moduli del calorimetro E.M.

Dopo l’estate sono stati montati e sottoposti a collaudo intensivo due prototipi della versione finale della scheda ROCKM. Uno dei prototipi ha lavorato a lungo anche su una delle catene di acquisizione a Frascati. Il montaggio della serie è finito in gennaio e sono in corso i collaudi finali. Le prime schede messe a disposizione della collaborazione sono già state installate in apparato. Tutte saranno completamente operative entro l’estate.

Nell’ambito di una tesi di laurea è stato completamente ristrutturato, modularizzato e reso portabile il software di test in laboratorio e di gestione in apparato di ROCK e ROCKM.

I programmi prodotti sono stati usati a Napoli ed a Frascati con sistemi operativi OS9, Lynx-OS e Digital Unix, su piattaforme hardware 68K, Power PC ed Alpha.

E’ stato, poi, sviluppato in buona parte il sistema software di controllo del Run dell'esperimanto Kloe, sia per quanto riguarda l'interfaccia grafica che relativamente alla comunicazione tra i processi di acquisizione, alla gestione degli errori, al monitoraggio dello stato del sistema.

Sul fronte del software di ricostruzione ed analisi dati e’ stata, innanzitutto, condotta un’analisi attenta dei programmi di ricostruzione degli eventi rivelati dalla camera a drift di KLOE, valutandone l’efficienza ed operando degli interventi atti a migliorarla. In particolare e’ stato studiato e sviluppato un algoritmo per la rivelazione di eventuali "kinks" presenti in una traccia carica. Questo e’ molto importante perchè permette di aumentare l’efficienza di ricostruzione specialmente per quegli eventi nei quali è presente il decadimento in volo di una particella carica. E’ stata, poi, iniziata un’attività relativo allo studio, e alla realizzazione del software relativo, di algoritmi veloci ed efficienti per il riconoscimento degli eventi, interessandosi, inizialmente, degli eventi di decadimento del mesone F in kaoni carichi. Il riconoscimento veloce ed efficiente degli eventi è una parte vitale del software di KLOE, tenuto conto dell’enorme numero di eventi che si dovrà processare.

KLOE inizierà in autunno 1998 la presa dati che proseguirà, a pieno ritmo, nel 1999, dopo un periodo iniziale di messa a punto di tutto il sistema. Il gruppo parteciperà attivamente sia alla fase di presa dati che di analisi.

The group is responsible of the read out system based on two VME hardware processors (ROCK and ROKM) and participates in the development of the software ford DAQ, event reconstruction and analysis.

The test of all the ROCK (50) boards has been completed. The ROCKM prototypes have been tested and a few boards have been built and installed on the apparatus in Frascati. All the boards will be ready by summer 1998.

The graphical interface and the part of the Run Control Software, that takes care of communication among processes, of monitoring and error handling has been mostly done.

A careful analysis of the efficiencies of software package for track reconstruction has been done and some improvements have been made. Also, a fast algorithm for "kinks" detection has been developed. The study and implementation of fast and efficient algorithms for event identification has been started.

1. "A VME Crate Interconnect architecture for event-driven DAQ Systems", A.Aloisio, S. Cavaliere, F. Cevenini, L. Merola, D.J. Fiore, Proceedings of the 1997 IEEE Conference on Real Time Computer Application in Nuclear Particle and Plasma Physics (RT-97), Beaune, Francia

ATLAS è uno dei due esperimenti approvati dal CERN, basati su una vasta collaborazione internazionale, che si svolgeranno presso il Large Hadron Collider e permetterà di studiare le interazioni protone-protone all’energia di 7 + 7 TeV nel centro di massa.

L’esperimento è stato progettato per sfruttare al meglio l’enorme potenziale di scoperte che sarà accessibile dallo studio delle interazioni protone-protone a questa energia. Sarà possibile verificare l’esistenza del Bosone di Higgs fino alle più elevate masse sia nell’ambito del MS (Modello Standard) che del MSSM (Modello Standard Supersimmetrico Minimale), studiare a fondo le proprietà del quark top, la violazione di CP nel sistema dei B_o, la ricerca di particelle supersimmetriche ed eventuali segnali di fisica oltre il Modello standard (nuovi bosoni vettori, struttura interna di quark e leptoni, leptoquarks, etc….).

La massima luminosità alla quale la macchina funzionerà (10³⁴ cm^-2s^-1) con interazioni ogni 25 ns, comporta la realizzazione di rivelatori al limite delle attuali possibilità tecnologiche. Il gruppo di Napoli contribuisce, in collaborazione con le Università di Lecce, Roma "La Sapienza", Roma "Tor Vergata" e Roma III, alla realizzazione del sistema di trigger dello spettrometro a grande angolo per la rivelazione dei muoni fatto con rivelatori indipendenti del tipo RPC. Il sistema è costituito da circa 7.000 mq di rivelatori ognuno costituito da una doppia gap di gas equipaggiate con due piani di elettrodi di raccolta del segnale per un totale di circa 400.000 canali di lettura digitale. I rivelatori dovranno funzionare in regime proporzionale in cui la carica raccolta per ogni evento di ionizzazione è bassa (1pC) per permetterne il funzionamento efficiente anche agli elevati rate di conteggio previsti nella sala sperimentale dell’LHC e dovuti agli elevati livelli di radioattività ambientale. Il gruppo di Napoli ha la responsabilità della realizzazione delle stazioni di trigger a basso impulso trasverso (5 GeV/c) per un totale di circa 2.000 mq di rivelatori, del sistema di lettura dei dati attraverso un link seriale ad alta velocità di tutti i canali di elettronica e del sistema di controllo del funzionamento di tutto il sistema.

L’attività svolta nel corso del 1997 e nei primi mesi del 1998 ha riguardato:

• Completamento della messa in funzione del sistema di trigger con RPC (funzionanti in regime streamer) del sistema DATCHA, montato al CERN e con il quale saranno studiati, nei prossimi anni, i problemi connessi all’allineamento delle camere a deriva usate per il tracciamento di precisione (MDT).

• Partecipazione alle misure effettuate al fascio H8 del CERN nel corso delle quali è stato testato il funzionamento degli ultimi prototipi di RPC funzionanti in regime proporzionale e l’ultima versione dell’elettronica di front-end. In particolare, uno dei componenti del gruppo è responsabile degli slow-control del sistema di acquisizione dati.

• Realizzazione del primo prototipo di link seriale ad alta velocità per il collegamento tra l’elettronica di trigger e i read-out drivers. Questo circuito è stato realizzato nell’ambito del progetto di lettura dei dati degli RPC.

Le attività previste per la seconda metà del 1998 ed i primi mesi del 1999 riguarderanno:

• Partecipazione alle misure da effettuare al test-beam H8 del CERN.

• Test di sensori di pressione e temperatura per la definizione della strumentazione da usare per i DCS (Detector Control System) degli RPC.

• Costruzione del primo prototipo, in scala 1:1 di una camera RPC del tipo da utilizzare nella stazione di trigger a basso impulso trasverso.

• Progettazione di una macchina per il montaggio automatico delle schede di front-end sui piani di elettrodi

• Realizzazione di una scheda VME per il test intensivo del link seriale già realizzato.

• Inizio dell’allestimento della stazione che sarà utilizzata in sede per il test con raggi cosmici degli RPC che saranno prodotti.

ATLAS is one of the two experiments, based on a worldwide collaboration, approved by CERN that will run at the Large Hadron Collider and allow to study proton-proton interactions at 7 + 7 TeV in the center of mass system.

The experiment has been designed to cope with the enormous discovery potential that will be accessible by studying proton-proton interactions at this energy. It will be possible to discover the Higgs Boson up to the highest masses in the SM (Standard Model) and in the MSSM (Minimal Supersymmetric Standard Model), study the properties of the top quark, CP violation in the B_o system, search for supersymmetric particles and possible signals for physics beyond the Standard Model (new vector bosons, quark and lepton compositness, leptoquarks, etc.).

The high machine luminosity (10³⁴ cm^-2s^-1) with interactions every 25 ns, requires the use of detectors at the limit of today’s technological possibilities. The Naples group will contribute, in collaboration with the Universities of Lecce, Rome "La Sapienza", Rome "Tor Vergata" and Rome III, to the construction of the trigger system for the large angle muon spectrometer. The system will be realized with independent detectors of the RPC type. It will have roughly 7.000 sm of detectors built with two gas gaps equipped with two planes of readout electrodes with a total of 400.000 digital readout channels. RPCs will work in proportional mode with low detected charge (1pC) to allow the efficient performance also at the high counting rates foreseen in the LHC cavern and due to the high radioactive environment. The Naples group has the responsibility to construct the trigger stations for low-pt (5 GeV/c) for a total of 2.000 sm of detectors, of the data read-out system for all electronic channels via a fast serial link and of the control system for the operation of the whole detector.

The following activities have taken place during 1997 and the first months of 1998:

• Completion of the trigger system of the DATCHA setup, mounted at CERN and using RPCs working in streamer mode, that will allow, in the next years, to study with cosmic rays the alignment of the precision tracking drift chambers (MDT).

• Participation to measurements done at the H8 test beam to test the performances of the last prototypes of RPCs working in proportional mode and the last version of the front-end electronics. In particular, one member of the Naples group is responsible for slow-controls of the test beam data acquisition system.

• Construction of the first prototype of the high-speed serial link needed to connect trigger electronics and read out drivers. This board has been realized in the framework of the RPCs data readout project.

During the send half of 1998 and the first half of 1999 we plan to work on the following points:

• Participation to measurements at the H8 test beam.

• Tests of pressure and temperature sensors to define the instrumentation to be used for DCS (Detector Control System) of RPCs.

• Construction of the first prototype (scale 1:1) of an RPC chamber of the type to be used in the low-pt trigger stations.

• Design of an automated machine to mount front-end boards on read-out electrodes.

• Construction of a VME board to extensively test the serial link card.

• Start of the assembly of the cosmic ray test station that will be locally used to test the RPCs that will be produced.

Il programma sperimentale é svolto in collaborazione con numerose istituzioni italiane, europee ed extraeuropee. Il gruppo di Napoli, assieme a ricercatori di Bari, Frascati e Genova, nonche' del LLNL di Livermore, e' responsabile della progettazione del sistema IFR (Instrumented Flux Return) destinato alla identificazione dei muoni e dei K0L . La rivelazione di tali particelle negli stati finali del decadimento della Y(4S) riveste un ruolo importante nel programma di studi sulla violazione di CP nel sistema B-anti B presso l'acceleratore PEP II di SLAC (Stanford, California). Tale rivelatore e' costituito da lastre di ferro di spessore variabile tra 2 e 10 cm, istrumentate con piani di RPC per un totale di oltre 2,000 m2 e di circa 50,000 canali di lettura.

Durante il 1997, i circa 900 moduli RPC, sono stati collaudati, spediti al laboratorio SLAC, assemblati e installati nel ferro del ritorno di flusso magnetico, sia per quanto riguarda il Barrel che i due Endcaps. Contemporaneamente sono state installate gran parte delle 3,500 schede di front-end, e si e' conclusa la produzione della circa 120 schede della relativa elettronica di acquisizione e buffering, entrambe di responsabilità del gruppo di Napoli.

Sono stati, inoltre, definiti i progetti degli altri due settori di cui il gruppo di Napoli e' responsabile, il sistema dei controlli (gas, temperatura, correnti e tensioni sia di bassa

che di alta tensione) e di trigger.

Il gruppo di Napoli e' inoltre responsabile di gran parte dei programmi di ricostruzione, ormai in fase avanzata di scrittura e collaudo.

Il programma del 1998 prevede il completamento dell'installazione dell'elettronica di front-end e di quella di acquisizione ed il commissioning dell'apparato con raggi cosmici al fine di determinare le performances sia del rivelatore che dell'elettronica di lettura. Nella primavera del 1999, dopo la traslazione dell'intero apparato sui fasci, inizierà la fase di presa dati sperimentale volta ad ottimizzare le performances sia del collider che dell'apparato.

The experimental program is done in collaboration with many italian, european and non- european institutes. The Naples group, in collaboration with Bari, Frascati, Genova institutes and Livermore laboratories, has the responsibility for the project of the IFR (Instrumented Flux Return) system, devoted to the muon and K0L identification. The detection of such particles in the final state of the Y(4S) decays plays a crucial role to study CP violation in the B-anti B system at the PEP II accelerator at SLAC (Stanford, California). The IFR detector consists of iron layers between 2 and 10 cm deep, instrumented with RPC planes for more than 2,000 m2 total area and about 50,000 readout channels.

In 1997 the 900 RPC modules have been tested; shipped to SLAC, assembled and installed in both Barrel and Endcaps of the magnetic flux return iron.

Most of the 3,500 front-end cards have been also installed and the design and relative production of the acquisition electronic boards, about 120, have been completed; for both the items Naples group has the full responsibility.

The same group has also the responsibility for the control system (gas, temperature, currents and voltages monitoring) and the trigger.

Naples group is also responsible of many reconstruction programs, now in a really defined and advanced step.

In 1998, after the full electronics installation, the commissioning of the apparatus with cosmics rays will start to test both the RPC's detectors and electronics. In spring of 1999, after the detector moves on the beams line, the experimental data taking will start and both the BaBar detector and PEP-II collider machine performances will be optimized.

Lo scopo dell' esperimento è di osservare un segnale ocomunque di stabilire un limite superiore (2/10000 ) di più di un ordine di grandezza più basso di quelli sinora raggiunti (4/1000 ) per le "oscillazioni" neutrini mu in neutrini tau. Questa sensibilità è tale da permettere l''osservazion edi questo nuovo fenomeno, nel caso in cui si rivelassero fondate recenti e plausibili congetture teoriche sulla massa del neutrino tau (qualche decina di eV) basate su argomenti fisici ed astrofisici.

L' importante miglioramento della sensibilità è possibile per :

1) l'alta intensita' del fascio di neutrini WBB dell'S SPS del CERN;

2) gli importanti progressi nelle tecniche di preparazione e di scanning automatico di grandi masse (circa 1000 kg) di emulsioni nucleari;

3) una forte segnatura (la corta traccia del tau) con alta efficienza di rivelazione per i decadimenti dei tau prodotti dall'apparizione e successiva interazioni del neutrino tau nelle emulsioni;

4) un'alta efficienza di reiezione di eventi ordinari dovuti a neutrini mu.

CHORUS e' percio' un rivelatore "ibrido", composto da un appar sperimentale di tipo elettronico per la ricostruzione spaziale e temporale degli eventi, unitamente a un bersaglio attivo costituito da emulsioni nucleari (per la osservazione visiva diretta, con altissima risoluzione spaziale, del decadimento dei leptoni tau) e a un sistema di tracciatori, per agevolare la ricerca del vertice degli eventi nelle emulsioni bersaglio.

Per quanto concerne la presa dati sul fascio di neutrini, tra il 1996 e il 1997 abbiamo raccolto eventi per circa 150 giorni all'a'nno, completando il programma di presa dati. Complessivamente, sono stati acquisiti circa 640000 eventi di corrente carica con vertice nelle emulsioni, nel periodo 1994-1997.

L'analisi nelle emulsioni (scanning) degli eventi delle prime esposizioni del 1994 e del 1995 è stata pubblicata. E' terminata la prima tornata della preselezione degli eventi acquisiti nel 1996 e 1997.

Come gruppo di Napoli, siamo particolarmente impegnati nella messa a punto dei programmi di selezione cinematica degli eventi e nell''analisi e i canali adronici di corrente neutra. E' stato anche ricostruito un cospicuo numero di eventi con produzione di charm, dimostrando così la capacità di identificare corte tracce di decadimento. I primi risultati ottenuti sulla base del canale di decadimento muonico e di una analisi pilota sono stati pubblicati. Un limite di circa 0.004 nell''angolo di mixing è stato ottenuto nell''ipotesi d grandi differenze di massa. Si tratta del limite piu' sensibile sinora ottenuto, benché ricavato con una piccola frazione della statistica totale.

Il gruppo di Napoli ha recentemente iniziato la messa in opera, nei propri laboratori, di un microscopio completamente automatizzato, per lo scanning delle emulsioni. Si tratta di un dispositivo di assoluta avanguardia, sviluppato grazie anche all''essperienza dei gruppi di Salerne Nagoya, esperti nella tecnica delle emulsioni. Con un tale sistema, la normale capacità di scanning di un microscopio semi-automatico è più che decuplicata. In tal modo il gruppo di Napoli potrà partecipare all''analisi completa degli eventi, dalla loro ricostruzione nei rivelatori elettronici alla ricerca finale dell''interazione nel bersaglio attivo. Nel corso del 1997 il laboratorio di scansione automatica e' stato messo in funzione ed e' cominciata con successo l'analisi delle emulsioni.

Tra le attività sviluppatesi nel gruppo di Napoli, recentemente è stata presentata al comitato scientifico del CERN (SPSC) una lettera di intenti per un nuovo esperimento per la ricerca di oscillazioni di neutrino ad altissima sensibilità (un fattore circa 20 maggiore di quella di CHORUS). Si tratta del progetto TOSCA, direttamente derivato dallo studio di fattibilità realizzato nell''ambito del gruppo di Napoli (TENOR)

Un'altra proposta di esperimento nata su diretta iniziativa scientifica del gruppo di Napoli e' OPERA, un esperimento per la rivelazione di oscillazioni numu-nutau con una configurazione a long baseline. OPERA sara' installato nei laboratori del Gran Sasso sul futuro fascio NGS proveniente dal CERN e utililizzera' un apparato sperimentale basato su di una nuova applicazione delle emulsioni nucleari. Nel 1997 la lettera di intenzioni di OPERA e' stata sottoposta ai comitati scientifici dell'SPS e dei laboratori del Gran Sasso.

La collaborazione (con Bari, Bologna, Frascati, Lecce, Pisa, Roma, Torino e varie Universita' USA) si propone di studiare la componente penetrante dei raggi cosmici, con particolare enfasi alla rivelazione di monopoli magnetici, di neutrini da sorgenti astrofisiche

(stelle binarie, collassi, etc.) di muoni e di multimuoni presenti negli sciami indotti nell'atmosfera da raggi cosmici primari di altissima energia.

L'attivita' del gruppo di Napoli e' consistita nella progettazione, costruzione ed installazione dell'elettronica di front-end per i rivelatori, a tubi a streamer e dei successivi processori di carica e tempo. Le misure di queste grandezze sono utili per l' identificazione del monopolo. Infatti i bassi valori di beta che lo caratterizzano determinano un forte rilascio di

energia nonche' un basso tempo di volo nei rivelatori attraversati. Tutta questa elettronica e' ormai montata e funzionante sull'intero apparato. Il 1995 ha visto l'apparato in presa dati

stabile.

Il gruppo si e' impegnato attivamente a lavorare sull' analisi dei dati sperimentali: in particolare ha preso in considerazione due temi di fisica fondamentali:

-ricerca di monopoli magnetici

-oscillazione di neutrini atmosferici.

Su questo Item Macro ha recentemente raggiunto un importante risultato confermando l’anomalia atmosferica trovata in esperimenti come Kamiokande e Superkamiokande. Il risultato e’ tanto piu’ importante se si pensa che questa anomalia, spiegata in termini di oscillazioni di neutrini, viene confermata con una tecnica diversa (calorimetrica) in Macro.

L’esperimento prosegue il suo programma sperimentale che si concludera’ nel 2000.

Continua l'analisi su monopoli magnetici e oscillazioni di neutrini atmosferici

The MACRO detector at GRAN SASSO.

The Macro collaboration operates a large area underground detector optimized to search for magnetic monopoles predicted by Grand Unified Theories (GUT’s).

The detector allows to perform observation relevant to particle physics, astrophysics, and cosmic ray physics. These include different studies of the high energy underground muon flux relevant to primary cosmic ray composition, search for low energy gravitational collapse neutrinos, high energy neutrino astronomy and study of atmospheric neutrinos.

Other research topics include a study of the underground muon residual energy spectrum with transition radiation detector and a search for lightly ionizing partcles using the new waveform digitization system. The Macro detector has been completed in august 1995 and since then it is running in its final configuration.

The Napoli group has worked on the project and construction of the front-end electronic for streamer tubes. Moreover a system of ADC and TDC processor (QTP) has been implemented too.

Concerning the data analysis the group is working on two items: monopole search atmospheric neutrinos anomalies

On the last item an interesting result has been reached by Macro confirming the atmospheric anomaly seen in water Kamiokande end SuperKamiokande detector. The relevant aspect of this result is that this anomaly, due to possible neutrino oscillation, is seen using a different dense calorimetric tecnique.

Il goal della proposta di esperimento NOE e' quella di ottenere una apparizione statistica diretta del neutrino tau, e di neutrino e partendo da un puro fascio di neutrini mu prodotti a 730 Km di distanza dall' SPS del CERN. L' esperimento consente di sudiare la regione delle anomalie atmosferiche viste negli apparati Cerenkov ad acqua nella stessa regione dei parametri di oscillazione grazie alla distanza sorgente-rivelatore. L'esperimento e' stato

proposto alla cominita' scientifica nel1994 e da allora ha progredito fino ad arrivare ad una

lettera di intenti presentata al Comitato Gran Sasso.

L'esperimento consiste di un calorimetro a fibre scintillanti immerse in un assorbitore fatto con estrusioni di plastica e minerale di ferro e di un TRD massivo per l’identificazione del tau nel decadimento in elettrone (massa rivelatore 7Kton).

L'esperimento punta su una buona risoluzione energetica, nonche' su una buona capacita' di tracciamento dei prodotti di reazione uscenti, che sono tipicamente un leptone ed uno sciame adronico nel caso di decadimento leptonico del tau, o di oscillazione in neutrino e.

Infatti, una interazione di corrente carica di neutrino tau si presenta, nel canale leptonico di decadimento del tau in mu, con due rami che sono rispettivamente il mu e lo sciame adronico che lo accompagna. Il principale fondo a questo canale e' costituito dalle correnti

cariche di neutrino mu che presentano anch'esse nello stato finale un mu accompagnato da un ramo adronico.

Per un esperimento di "lunga base" la cui sensibilita' in angolo di mixing non va oltre 10-2

i fondi di altra natura come i decadimenti del D generati eventualmente nella componente adronica danno contributi non significativi.

Il segnale di nutau puo' essere estratto dal fondo facendo una analisi cinematica del momento trasverso mancante dell'evento.

Il fondo importante proveniente da correnti cariche di neutrini mu puo' essere eliminato imponendo tagli cinematici sul valore del momento mancante trasverso Pmt dell'evento (fig.1). Ulteriori tagli sono basati sulle correlazioni angolari che la parte adronica ha con il momento trasverso mancante, nel caso di interazione nutau, ovvero Pmt opposto alla parte adronica. Viceversa, il leptone e' opposto alla parte adronica nell' evento di neutrino mu.

Sono state concluse le simulazioni ed i test di laboratorio per definire le prestazioni delrivelatore e le sue ottimizzazioni.

E’ stata approvato dall’INFN un test TRD+CAL da 6 ton da testare al PS del CERN allo scopo di verificare risoluzioni e potere di identificazione delle particelle.

Una collaborazione fra sezioni INFN italiane ed Istituzioni russe si e’ consolidata.

1) Simulazioni

E' stata fatta una simulazione di interazioni di corrente carica indotte da neutrini mu e tau nell'apparato NOE tenendo conto dell'assorbitore, dei fotoelettroni generati dalle fibre, le fluttuazioni relative, le fluttuazioni sui guadagni dei fotomoltiplicatori e le lunghezze di attenuazioni delle fibre. (dati ottenuti sperimentalmente in laboratorio sul 1° prototipo del calorimetro).

La risoluzione angolare sul tracciamento dei mu e' ottenuta parametrizzando le curve di fig.5.6 della lettera di intenti. (1.27/+2.27/E)

Una analoga parametrizzazione e' stata utilizzata per il tracciamento dell'asse dello sciame adronico (2 viste) con una risoluzione di 8-10 volte peggiore rispetto a quella dei mu. (10/+20/E). La risoluzione che si ottiene e' compatibile con i dati esistenti in letteratura.

L'estrazione del segnale di neutrino tau e' affidata a tagli basati sulle differenti correlazioni angolari della parte adronica con il leptone e il momento trasverso mancante Pmt rispettivamente nel caso di correnti cariche di neutrini mu e tau (canale mu) (fig.1).Ulteriori simulazioni per lo studio di altri fondi sono in corso.

2) Attivita' sperimentale

E' stato finanziato ed oramai realizzato un prototipo di calorimetro da esporre su un fascio di test al CERN per studiare risoluzioni energetiche e capacita' di tarcciamento degli sciami e.m. ed adronici.

In definitiva questi risultati preliminari ci rendono confidenti sulla possibilita' di raggiungere le sensibilita' dichiarate nel capitolo 7 della lettera di intenti e di conseguenza ci permettono non solo di continuare a sostenere la strategia dell'esperimento, ma anche di ottimizzare il layout dell'apparato ed il read out in modo da ottimizzare con un processo iterativo il rapporto segnale fondo.

Continua l'analisi simulata degli eventi ed il test del calorimetro e del TRD

NOE: a long baseline project CERN-GRAN SASSO

The low neutrino-beam luminosity at long distance (beam luminosity decreases as 1/L²implies that a long baseline detector must be very massive and have a diffuse target. Unlike the case of short baseline experiments these constraints imply a detector in where parts should be, at the same time, target, tracker, calorimeter, and mu-detector.

Oscillation tests can be grouped in two classes:

Inclusive measurements:

-neutrino-mu disappearance: comparing the fluxes measured near the accelerator and in the far detector, the presence of a mu-deficit at long distance can be tested.

-Measurement of the ratio of events without muon track (appearing NC events) with respect to those with a muon track (appearing nu-mu CC events).

Appearance measurements:

Search for nu-tau and/or nu-e appearance.

This analysis can be performed on an event by event basis, taking advantage of both the spatial and the topological event reconstruction.

A detector devoted mainly to this measurement should have very high granularity as well as good particle identification capability.

Inclusive measurements require only mu identification in the detector and do not need event reconstruction.

On the contrary, exclusive measurements require enough granularity to permit the separation between CC interactions with or without tau's in the final state when nu-mu nu-tau oscillation occurs.

Such a discrimination is based on the measurement of the missing momentum in the plane orthogonal to the nu-beam direction, on the angular correlation between missing momentum, outgoing lepton (pion) and hadronic jet directions as well.

In nu-tau CC interactions, the missing momentum is mainly due to the neutrino(s) coming out from tau decay. Hence, general requirements for an adequate detector performing such exclusive measurements are the following:

The mass in a large fiducial volume must be enough to contain the events inside the detector in order to have good sensitivity limits.

Good particles discrimination.

Fine topological readout to determine the shower axis and to allow electron - pion discrimination by the analysis of lateral and longitudinal shower profiles.

Good kinematical reconstruction in terms of energy and angle of final prongs.

According to the previous conceptual considerations, the essential elements of the \NOE detector are a massive, fine grain 4.3 kton calorimeter (CAL) interleaved with "lighter" Transition Radiation Detector (TRD) modules for a total TRD mass of 2.4 kton. Both TRD

and CAL modules, joined together, form the Basic Module (BM) of the \NOE detector .The whole 7 kton \NOE detector is made of twelve subsequent BM.

In this report we show that also in LBL experiments two subdetectors can be used, thus improving the detector performances. Particle identification in TRD and CAL, electron and hadron energy measurements in CAL and muon energy measurement in TRD, are the high quality features of this new and unique LBL detector.

Background reduction is increased, allowing easy appearance oscillation signatures.

In addition lighter TRD and heavier CAL detector-target, exploiting their different properties, can be addressed to independent classes of events, in particular recovering the quasi elastic and resonant interactions.

Simulation end experimental test on TRD and CAL subdetector are in progress in order to understand the performances of the apparatus proposed.

L'esperimento si propone di ricostruire lo sviluppo longitudinale della componente adronica degli sciami estesi nell'atmosfera terrestre, e di verificare la dipendenza di tale sviluppo dalla natura (massa) della particella primaria che ha generato lo sciame. In particolare lo sviluppo longitudinale va ricostruito nella zona di energia del primario compresa tra 10^15 e 10^16 eV, ("knee") dove il brusco cambiamento di flusso della radiazione cosmica fa pensare a un significativo cambiamento della composizione dei raggi cosmici connesso al meccanismo di produzione e di accelerazione nella galassia di

particelle di cosi' alta energia.

La ricostruzione da terra dello sviluppo longitudinale in atmosfera degli sciami estesi puo' essere ottenuta, in questo intervallo di energia, rivelando I muoni prodotti nei vari stadi della cascata. La misura dell'inclinazione e della posizione dell'asse dello sciame, combinata con la misura della direzione, posizione e tempo di arrivo dei muoni, permette la ricostruzione del punto di origine di quest'ultimi lungo l'asse dello sciame secondo il principio della complementarita' traccia-tempo (TTC: Time-Track Complementarity). A tale

scopo sotto il calorimetro-tracciatore di 140 mq dell'esperimento EAS-TOP sono stati installati 40 mq di rivelatori a piatti resistivi RPC per la misura dei tempi di arrivo dei muoni con precisione migliore di 1 ns. La presa dati e' in corso e ci si aspettano i primi risultati dell'analisi entro l'anno.

L'impegno del gruppo di Napoli e' consistito nella preparazione, messa a punto e installazione degli RPC e della relativa elettronica di front-end e di trigger. La meccanica dell'apparato e' stata progettata, costruita e installata dall'OM della Sezione INFN di Napoli, come pure il pick-up dei rivelatori, consistente in piani di pads in rame. L'apparato e' monitorato giornalmente da Napoli sia per quanto riguarda i rivelatori sia per il corretto funzionamento dell'impianto di distribuzione della miscela di gas. Al momento il gruppo e' impegnato nell'analisi dei dati, in collaborazione con Catania e i LNGS, e nelle simulazioni di Monte Carlo, in collaborazione con Catania e Milano.

La presa dati continuera' fino alla chiusura dell'apparato EAS-TOP, prevista a meta' del 1999. Entro il prossimo anno l'apparato verra' smantellato e riportato a Napoli.

This experiment will attempt reconstruction of longitudinal development of hadronic component in extensive air showers, with the aim to verify correlation of longitudinal development with primary nature (mass). In particular reconstruction will be attempted in the primary energy range 10^15 - 10^16 eV, in corrispondence of the so called "knee", where the change of cosmic rays differential flux is usually connected with a significant variation in the primary mass composition. The phenomena can be due to a limit on cosmic ray sources or to the propagation mechanisms in the interstellar medium.

The reconstruction of shower longitudinal development in Earth atmosphere with ground-based apparatus can be obtained, in this energy range, detecting muons generated in successive interactions of leading particle with air nuclei. The measurement of shower axis inclination and core position, combined with measurement of muon direction, position and arrival time, allows reconstruction of muon height of production along the shower axis, according the TTC technique (Time-Track Complementarity). For this purpose 40 mq resistive plate counters (RPC) have been installed under the 140 mq EAS-TOP calorimeter allowing the muon arrival time measurement with a resolution better than 1 ns. Actually apparatus is running successfully and first results are expected during this year.

The Naples group provided RPC detectors installation, electronic readout and apparatus trigger. Mechanics has been builded and installed by the Naples OM, as well as the RPC pick-up layers, made with 40x1 mq copper pads. The Naples group provided a continuous monitoring of apparatus and gas flow system. At the moment the group collaborates with Catania and LNGS to data analysis and with Catania and Milano to Monte Carlo simulations.

Runs will continue until EAS-TOP will be dismounted in the middle of the next year.

Then the apparatus will be dismounted and carried back in Naples.

CLUE e’ un esperimento innovativo per la rivelazione dei raggi cosmici di alta energia (VHE) attraverso la misura della luce di Cherenkov prodotta dagli sciami estesi sviluppati nell’atmosfera dai raggi cosmici primari. Gli esperimenti usuali rivelano la luce Cherenkov nel visibile con fototubi posti nel piano focale di uno specchio, mentre CLUE usa camere proporzionali a moltifili sensibili al medio ultravioletto (UV). In questa zona spettrale la luce delle stelle e della Luna e’ effettivamente schermata dallo strato di Ozono nell’alta atmosfera, permettendo di avere una soglia in energia piu’ bassa ed un duty cycle di misura piu’ lungo, non limitato alle notti senza Luna come nel caso della rivelazione nel visibile.

L’unita’ base o modulo consiste di uno specchio di 1.8 m diametro, apertura F1 , su un supporto alt-azimutale con una camera a TMAE nel piano focale. Il telescopio piu’ l’elettronica di presa dati e di controllo e’ posto all’interno di un container da 6 m che si apre durante le misure. Nel 1996-7 otto di queste unita’ sono state installate nel sito del laboratorio di raggi cosmici HEGRA, all’osservatorio del Roque de los Muchachos nell’isola di La Palma nelle Canarie, a 2100 m sul mare. L’apparato e’ in misura, sono stati presi dati su alcuni AGN come la Mkn501, sulla Crab e puntando direttamente sulla Luna per misurarne l’ombra sui raggi cosmici primari.

Continuera’ la presa dati a La Palma, puntata in particolare alla Luna ed alla Crab durante l’inverno. Verra’ inoltre installata la nona ed ultima unita’, in fase di ultimazione a Padova.

CLUE is an innovative experiment in the field of observation of the Cherenkov light produced in the atmosphere by showers initiated by very high energy (VHE) cosmic rays. Traditional experiments of this kind use photomultipliers in the focal plane of mirrors and are sensitive to visible light. We use instead TMAE photosensitive multiwire chambers, which are sensitive in the middle UltraViolet (UV). In the UV the ozone layer in upper atmosphere effectively blocks any background light from stars, moon etc. permitting a lower detection threshold and a longer measuring time, not being limited to moonless nights as for visible Cherenkov telescopes.

The basic unit or module consists of a 1.8 meter F1 mirror on an alt-azimuth mount, with a TMAE chamber on the focal plane, read-out and control electronics. Everything is enclosed in a standard 20 feet container which opens to expose the telescope. During 1996-7 eight of these modules where installed inside the HEGRA cosmic ray laboratory site in the Roque de los Muchachos Observatory in La Palma, Canary Islands. Data was taken on the AGN object Mkn501 and other AGN, the CRAB source and pointing directly on the Moon to see its shadow on the primary VHE cosmic rays.

We will continue to take data expecially on the Moon and on the Crab during the winter. The last (9^th) module will be installed in July 1998.

L’esperimento EASTOP è rivolto allo studio della radiazione cosmica primaria di altissima energia. L’apparato sperimentale si compone di :

a) un array di scintillatori - 35 moduli di scintillatore, 10 m2 ciascuno- che costituisce il rivelatore elettromagnetico atto a rivelare sciami estesi (Extended Air Showers - EAS) prodotti dall’interazioni del primario, tipicamente protone, con gli strati alti dell’atmosfera;

b) di un calorimetro di 140 m2 strumentato con strati di tubi streamer per il tracciamento dei carichi e di tubi proporzionali per la calorimetria adronica - la stratigrafia del calorimetro è una semplice ripetizione (9 volte) di due strati di tubi streamer, di un piano di proporzionali e di uno spessore di 13 cm di ferro che agisce da assorbitore;

c) di un rivelatore di luce Cherenkov costituito da 8 telescopi equipaggiati con fotomoltiplicatori tipo imaging;

d) di due antenne radio atte a rivelare impulsi radio associati agli EAS.

La rappresentazione dello sciame che l’apparato è in grado di fornire nel suo complesso è una delle più complete che al momento si possa avere. Se a questo si aggiunge la possibilità, peraltro già realizzata, di coincidenze con apparati sotterranei, MACRO e LVD, si comprendono le potenzialità di fisica che un tale apparato possiede.

L’attività principale nel 1997 è consistita nella presa dati e nel completamento dell’installazione degli 8 specchi Cherenkov.

L’analisi dei dati si è sviluppata o continuata principalmente sulle seguenti tematiche: spettro di size degli EAS, composizione della radiazione cosmica primaria, anisotropia della radiazione cosmica primaria, ricerca di sorgenti gamma di elevatissima energia (>100 TeV), burst gamma, studio del core di un EAS, studio degli sciami orizzontali - HAS -, studio delle immagini Cherenkov e loro correlazione con la geometria dei rivelatori. Numerosi sono stati presentati alla Conferenza Internazionale sui Raggi Cosmici – ICRC .

Il gruppo di Napoli, in collaborazione con quello di Torino, ha partecipato alla presa dati e alla gestione e messa a punto dell’apparato, in particolare del calorimetro. Ha inoltre terminato l'analisi dei dati relativi a miscele di gas Argon/Etano per i tubi streamerl da 3 cm e 1 cm; i risultati sono stati pubblicati su NIM.

EAS-TOP continuera’ la presa dati fino alla chiusura dell’esperimento prevista per la meta’ del 1999.

Il telescopio ARGO, consistente in un apparato ottimizzato per la rivelazione di sciami atmosferici di piccola size, è concettualmente molto semplice: esso consiste di un singolo strato - circa 104 m2 - di rivelatore RPC (Contatori a Piastre Resistive), con un'area attiva pari al 95% della superficie occupata, in grado di fornire una rappresentazione spazio-temporale molto raffinata del fronte dello sciame. Situato ad alta quota - > 4000 m - un tale apparato permetterebbe di lavorare on una soglia di alcune decine di GeV fino a circa 500 TeV, con elevata efficienza e sensibilità. E' stata proposto di costruire un tale apparato al Laboratorio di Raggi Cosmici di Yangbajing (Lhasa, Tibet), 4300 m a.s.l., 30o latitudine Nord. A questa quota ARGO renderebbe accessibili i seguenti filoni di fisica:

1) Astronomia gamma con soglia a 100 GeV - possono essere osservate con elevata sensibilità più di 300 sorgenti candidate, galattiche ed extragalattiche.

2) Gamma diffusi dal disco galattico, nubi molecolari e remnant di SuperNova sempre con soglia a 100 GeV, per la ricerca delle sorgenti di raggi cosmici.

3) Gamma Burst - uno dei fenomeni più interessati di astrofisica, secondo alcune ipotesi correlati ad emissioni di onde gravitazionali.

4) Misura della componente di antiprotoni dei raggi cosmici alle energie del TeV, misura in grado di discriminare tra produzione locale (galattica) degli antiprotoni o extragalattica e quindi di dare una risposta al problema della simmetria materia-antimateria nell'Universo.

5) Spettro dei raggi cosmici tra 10 e 200 TeV

6) Monitoraggio del campo magnetico solare ed interplanetario per lo studio dei fenomeni solari e di modulazione dei raggi cosmici galattici da parte dell'eliosfera.

Altre tematiche quali la composizione al ginocchio dello spettro, test di universalità dei raggi cosmici e fotoni da annichilazione di materia-antimateria sono in corso di approfondimento.

La collaborazione ARGO include attualmente fisici italiani INFN o provenienti da Università o Istituti CNR di Lecce, Napoli, Roma (II e III Università) e Torino, e fisici cinesi con partecipazione maggioritaria dell'IHEP di Pechino. In totale più di 50 fisici.

L'INFN ha finanziato un ARGO-test di 50 m2 al Laboratorio di Raggi Cosmici di Yangbajing.

L’esperimento di test e’ stato montato in una hall di 150 m² nel Novembre 1997. Il rivelatore consiste di uno strato compatto di RPC (50 m²) demandato alla campionatura di una porzione del fronte di sciami estesi atmosferici. La lettura a strips di 3 x 56 cm² consente di ottenere una descrizione spazio-temporale del fronte estremamente dettagliata. Dopo aver determinato il punto di lavoro degli RPC (miscela di gas: Argon/Tetrafluoroetano/Isobutano 45/45/10; tensione di lavoro 6.5 KV; Rate di singole 400 Hz per pad di 56 x 56 cm²; efficienza > 94%) sono stati presi dati in diverse condizioni di trigger, misurando il profilo di spessore del fronte dello sciame in ottimo accordo con le previsioni.

Oltre agli obbiettivi di fisica il test si prefiggeva di verificare la fattibilita’ dei trasporti, il supporto locale, l’organizzazione del lavoro, la logistica in genere ed il tempo necessario per rendere operativo l’apparato. La verifica ha dato esito positivo, essendosi tutto svolto secondo le modalita’ programmate. In particolare gli effetti d’alta quota sono stati minimizzati rimanendo due giorni a Lhasa (3600 mslm) prima di salire a Yangbajing.

Hanno collaborato 7 fisici dell’IHEP (Pechino) e delle Universita’ di Chengdu e Lhasa, ed un notevole supporto e’ stato fornito da maestranze locali. I trasferimenti aereoporto-Lhasa-Yangbajing sono stati curati dall’Universita’ di Lhasa.

Il gruppo di Napoli , che del progetto è stato non solo l'ispiratore, ma anche il gruppo che più di tutti ha contribuito alla sua definizione tramite gli strumenti di calcolo realizzati (codici di simulazione degli sciami elettromagnetici e adronici in atmosfera) e le competenze maturate nella tecnologia degli RPC, ha la responsabilità del sistema di distribuzione del gas, dell'alta tensione e del sistema di acquisizione dati.

Mumenet è un progetto nazionale, che si sviluppa nell'arco di 3 anni, avente come scopo il miglioramento dei servizi telematici fra vari Dipartimenti di Fisica, permettendo così sia l’utilizzo di software per analisi dati, in cui i dati siano distribuiti sul territorio nazionale, sia una più stretta interazione tra i ricercatori grazie ai servizi di videoconferenza, telefonia digitale a gruppo chiuso, fax G4, e le attività multimediali. Il progetto mira, in sintesi, a fornire e sperimentare, attraverso collegamenti tipo ISDN, funzionalità multimediali su rete ad alto livello, secondo obbiettivi che sono complementari a quelli della rete nazionale GARR, che non è attualmente adatta, per limitatezza di banda trasmissiva e per architettura, allo scopo sopra prefissato.

Nel 1997 il progetto è stato avviato, essendosi resi disponibili i primi finanziamenti.

Il programma proseguirà come da progetto.

Mumenet is a three-year project on a national basis, with the aim to optimize the cooperation through the network among the Physics Departments; software distribution and usage for data analysis, with data residing in the different national Institutes, videoconferencing, digital closed group communication, fax type G4 and multimedia are the main services foreseen over the network. The project intends to develop high-level multimedia applications over the ISDN network, more suitable than the national academic network called GARR, due to the limited bandwidth of the latter.

In 1997 the research program has just started.

The project will continue, according to the plans.