Luminosity measurements with the LUCID detector in the ATLAS experiment

La misura della luminosità è un obiettivo importante per tutta la fisica del modello standard e per la scoperta di nuova fisica, poiché è legata alla sezione d'urto (σ) e al rate di produzione (R) di un determinato processo dalla relazione L = R*σ. Nell'eserimento ATLAS a LHC è installato un monitor di luminosità dedicato chiamato LUCID (Luminosity measurements Using Cherenkov Integrating Detector). Grazie ai dati acquisiti durante il 2010 la valutazione off-line delle performances del LUCID e l'implementazione di controlli on-line sulla qualità dei dati raccolti è stata possibile. I dati reali sono stati confrontati con i dati Monte Carlo e le simulazioni sono state opportunamente aggiustate per ottimizzare l'accordo tra i due. La calibrazione della luminosità relativa che permette di ottenere una valutazione della luminosità assoluta è stata possibile grazie ai cosiddetti Van der Meer scan, grazie ai quale è stata ottenuta una precisione dell'11%. L'analisi della fisica del decadimento della Z è in tuttora in corso per ottenere tramite il rate a cui avviene il processo una normalizzazione della luminosità con una precisione migliore del 5%.

The Universe 10 Billion years ago: Morphologies, Star-formation rates and Galactic-scale winds in z ∼ 2 Galaxies

This thesis is devoted to the study of the properties of high-redsfhit galaxies in the epoch 1 < z < 3, when a substantial fraction of galaxy mass was assembled, and when the evolution of the star-formation rate density peaked. Following a multi-perspective approach and using the most recent and high-quality data available (spectra, photometry and imaging), the morphologies and the star-formation properties of high-redsfhit galaxies were investigated. Through an accurate morphological analyses, the built up of the Hubble sequence was placed around z ~ 2.5. High-redshift galaxies appear, in general, much more irregular and asymmetric than local ones. Moreover, the occurrence of morphological k-­correction is less pronounced than in the local Universe. Different star-formation rate indicators were also studied. The comparison of ultra-violet and optical based estimates, with the values derived from infra-red luminosity showed that the traditional way of addressing the dust obscuration is problematic, at high-redshifts, and new models of dust geometry and composition are required. Finally, by means of stacking techniques applied to rest-frame ultra-violet spectra of star-forming galaxies at z~2, the warm phase of galactic-scale outflows was studied. Evidence was found of escaping gas at velocities of ~ 100 km/s. Studying the correlation of inter-­stellar absorption lines equivalent widths with galaxy physical properties, the intensity of the outflow-related spectral features was proven to depend strongly on a combination of the velocity dispersion of the gas and its geometry.

Sindrome da insensitività completa agli androgeni e massa ossea. Valutazione basale e longitudinale dopo oltre 12 mesi di terapia estrogenica

L’osso è un tessuto target per estrogeni ed androgeni ma l’azione singola e la sinergia tra i due non sono compresi interamente. Le donne affette da Sindrome da Insensititvità Completa agli Androgeni (CAIS) hanno un cariotipo 46XY ma presentano una completa inattività del recettore degli androgeni. Nello studio abbiamo valutato la densità minerale ossea (BMD) in un gruppo di donne adulte CAIS sottoposte a gonadectomia al momento della prima visita e dopo almeno 12 mesi di terapia estrogenica. Il principale obiettivo è stato di valutare se, nelle donne CAIS, una ottimale estrogenizzazione fosse sufficiente a mantenere/ripristinare una adeguata BMD. 24 donne CAIS sono state sottoposte a DXA lombare e femorale all'arruolamento nello studio (t1), dopo terapia estrogenica di 12mesi(t2) e oltre (t>2). Sono state valutate: BMD(g/cm2) e Zscore lombare e femorale (a t1,t2 e t>2) E’ stato considerato se fossero rilevanti l’essere (gruppo1) o meno (gruppo 2) in terapia ormonale al t1 e l’età della gonadectomia. Risultati: Al t1 BMD e Zscore lombari e femorale erano significativamente ridotti rispetto alla popolazione controllo nel campione totale (lombare 0,900+0,12; -1,976+0,07, femorale 0,831 + 0,14; -1,385+0,98), nel gruppo 1 (lombare 0,918+0,116;-1,924+0,79, femorale 0,824+0,13;-1,40+1,00) e nel gruppo 2 (lombare 0.845+0,11 -2,13+1,15, femorale 0,857+0,17;-1,348+1,05) Al t2 e t>2 la BMD lombare è risultata significativamente aumentata (p=0,05 e p=0,02). Zscore lombare, BMD e Zscore femorale non hanno dimostrato variazioni significative. L’aver effettuato la gonadectomia in età post puberale è associato a Zscore lombare e femorale più elevati al t1. Nelle donne CAIS la terapia estrogenica è indispensabile per prevenire un'ulteriore perdita di BMD ma, da sola, non sembra in grado di ripristinare normali valori di BMD.I risultati del nostro studio supportano la tesi che gli androgeni, mediante l’azione recettoriale, abbiano un' azione diretta nel raggiungere e mantenere la BMD.

Kinematics of local and high-z galaxies through 3D modeling of emission-line datacubes

The kinematics is a fundamental tool to infer the dynamical structure of galaxies and to understand their formation and evolution. Spectroscopic observations of gas emission lines are often used to derive rotation curves and velocity dispersions. It is however difficult to disentangle these two quantities in low spatial-resolution data because of beam smearing. In this thesis, we present 3D-Barolo, a new software to derive the gas kinematics of disk galaxies from emission-line data-cubes. The code builds tilted-ring models in the 3D observational space and compares them with the actual data-cubes. 3D-Barolo works with data at a wide range of spatial resolutions without being affected by instrumental biases. We use 3D-Barolo to derive rotation curves and velocity dispersions of several galaxies in both the local and the high-redshift Universe. We run our code on HI observations of nearby galaxies and we compare our results with 2D traditional approaches. We show that a 3D approach to the derivation of the gas kinematics has to be preferred to a 2D approach whenever a galaxy is resolved with less than about 20 elements across the disk. We moreover analyze a sample of galaxies at z~1, observed in the H-alpha line with the KMOS/VLT spectrograph. Our 3D modeling reveals that the kinematics of these high-z systems is comparable to that of local disk galaxies, with steeply-rising rotation curves followed by a flat part and H-alpha velocity dispersions of 15-40 km/s over the whole disks. This evidence suggests that disk galaxies were already fully settled about 7-8 billion years ago. In summary, 3D-Barolo is a powerful and robust tool to separate physical and instrumental effects and to derive a reliable kinematics. The analysis of large samples of galaxies at different redshifts with 3D-Barolo will provide new insights on how galaxies assemble and evolve throughout cosmic time.