Analisi di criteri di gestione di reti complesse di distribuzione dell'energia

La tesi è il risultato di uno studio condotto sulle reti distribuzione dell’energia termica, elettrica e frigorifera; queste reti possono essere sviluppate per aumentare la diffusione della microgenerazione e generazione diffusa con l’obiettivo di renderle autonome elettricamente, termicamente e in alcuni casi indipendenti dal punto di vista del combustibile sfruttando possibilmente cogeneratori integrati e sistemi a fonte rinnovabile. In particolare la tesi si sofferma sull’analisi di criteri di gestione di una rete di teleriscaldamento esistente in modo da ridurne al minimo le dispersioni di energia termica in ambiente e gli scambi di energia elettrica con la rete nazionale. Lo sviluppo della tesi è stato suddiviso sostanzialmente in tre parti: la prima riguarda la caratterizzazione del comportamento di una rete di teleriscaldamento reale nel comprensorio urbano di Corticella a Bologna con determinati sistemi di produzione dell’energia elettrica e termica in centrale; nella seconda parte vengono analizzati nuovi sistemi in centrale di produzione e presso le utenze; infine la terza parte riguarda l’analisi economica ed energetica di tutte le soluzioni di gestione esaminate. Quindi ogni configurazione, data da nuovi sistemi di produzione delle fonti energetiche richieste e di gestione della rete, viene prima analizzata in riferimento a tre tipologie di scambio termico presso le utenze e poi valutata in termini di consumo di combustibile e di scambi di energia elettrica con la rete nazionale attraverso il costo di acquisto del gas naturale, il costo d’acquisto dell’energia elettrica dalla rete e il prezzo di vendita dell’energia elettrica alla rete. Sebbene le utenze vengano considerate sempre in assetto passivo all’interno di alcune configurazioni viene sfruttata la delocalizzazione della produzione di energia termica e la gestione della rete a bassa temperatura per ridurre il più possibile l’impatto ambientale della centrale e della rete di teleriscaldamento.

LIFE4Pollinators app: gamification, citizen science e machine learning per la classificazione e monitoraggio degli insetti impollinatori

Il tema della biodiversità sta assumendo sempre più importanza negli ultimi decenni a causa delle condizioni di rischio, dovute alle attività umane, a cui l'intero mondo naturale è costantemente sottoposto. In questo contesto diventa sempre più importante l'educazione ambientale per aumentare la consapevolezza delle persone e per far si che ognuno possa adottare i dovuti accorgimenti nel rispetto e nella preservazione della natura. Questo progetto nasce con l'obiettivo di approfondire il tema della sensibilizzazione, attraverso lo sviluppo di una applicazione nativa android in grado di classificare gli insetti impollinatori e che, grazie all'integrazione di elementi di gamification, sia in grado di motivare l'utente ad approfondire le proprie conoscenze. Il progetto di tesi è suddiviso in tre capitoli: il primo descrive i concetti di biodiversità, gamification e citizen science su cui si basa l'elaborato; il secondo capitolo rappresenta la fase di progettazione per strutturare il database, le interfacce grafiche e per capire le tecnologie migliore da utilizzare; infine il terzo capitolo mostra l'implementazione completa del progetto, descrivendone nel dettaglio le funzionalità.

‘Data Augmentation’ per reti neurali profonde per la classificazione del segnale EEG

I recenti sviluppi nel campo dell’intelligenza artificiale hanno permesso una più adeguata classificazione del segnale EEG. Negli ultimi anni è stato dimostrato come sia possibile ottenere ottime performance di classificazione impiegando tecniche di Machine Learning (ML) e di Deep Learning (DL), facendo uso, per quest’ultime, di reti neurali convoluzionali (Convolutional Neural Networks, CNN). In particolare, il Deep Learning richiede molti dati di training mentre spesso i dataset per EEG sono limitati ed è difficile quindi raggiungere prestazioni elevate. I metodi di Data Augmentation possono alleviare questo problema. Partendo da dati reali, questa tecnica permette, la creazione di dati artificiali fondamentali per aumentare le dimensioni del dataset di partenza. L’applicazione più comune è quella di utilizzare i Data Augmentation per aumentare le dimensioni del training set, in modo da addestrare il modello/rete neurale su un numero di campioni più esteso, riducendo gli errori di classificazione. Partendo da questa idea, i Data Augmentation sono stati applicati in molteplici campi e in particolare per la classificazione del segnale EEG. In questo elaborato di tesi, inizialmente, vengono descritti metodi di Data Augmentation implementati nel corso degli anni, utilizzabili anche nell’ambito di applicazioni EEG. Successivamente, si presentano alcuni studi specifici che applicano metodi di Data Augmentation per migliorare le presentazioni di classificatori basati su EEG per l’identificazione dello stato sonno/veglia, per il riconoscimento delle emozioni, e per la classificazione di immaginazione motoria.

Measurement of Spin Correlation in Top-Antitop Quark Events and Search for Top Squark Pair Production in pp Collisions at s√=8 TeV Using the ATLAS Detector

A measurement of spin correlation in tt¯ production is presented using data collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 8 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb−1. The correlation between the top and antitop quark spins is extracted from dilepton tt¯ events by using the difference in azimuthal angle between the two charged leptons in the laboratory frame. In the helicity basis the measured degree of correlation corresponds to Ahelicity=0.38±0.04, in agreement with the Standard Model prediction. A search is performed for pair production of top squarks with masses close to the top quark mass decaying to predominantly right-handed top quarks and a light neutralino, the lightest supersymmetric particle. Top squarks with masses between the top quark mass and 191 GeV are excluded at the 95% confidence level.

Search for production of vector-like quark pairs and of four top quarks in the lepton-plus-jets final state in pp collisions at root 8=8 TeV with the ATLAS detector

A search for pair production of vector-like quarks, both up-type (T) and down-type (B), as well as for four-top-quark production, is presented. The search is based on pp collisions at s√=8 TeV recorded in 2012 with the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider and corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb−1. Data are analysed in the lepton-plus-jets final state, characterised by an isolated electron or muon with high transverse momentum, large missing transverse momentum and multiple jets. Dedicated analyses are performed targeting three cases: a T quark with significant branching ratio to a W boson and a b-quark (TT¯→Wb+X), and both a T quark and a B quark with significant branching ratio to a Higgs boson and a third-generation quark (TT¯→Ht+X and BB¯→Hb+X respectively). No significant excess of events above the Standard Model expectation is observed, and 95% CL lower limits are derived on the masses of the vector-like T and B quarks under several branching ratio hypotheses assuming contributions from T→Wb, Zt, Ht and B→Wt, Zb, Hb decays. The 95% CL observed lower limits on the T quark mass range between 715 GeV and 950 GeV for all possible values of the branching ratios into the three decay modes, and are the most stringent constraints to date. Additionally, the most restrictive upper bounds on four-top-quark production are set in a number of new physics scenarios.

Measurements of spin correlation in top-antitop quark events from proton-proton collisions at √s=7 TeV using the ATLAS detector

Measurements of spin correlation in top quark pair production are presented using data collected with the ATLAS detector at the LHC with proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 4.6  fb −1 . Events are selected in final states with two charged leptons and at least two jets and in final states with one charged lepton and at least four jets. Four different observables sensitive to different properties of the top quark pair production mechanism are used to extract the correlation between the top and antitop quark spins. Some of these observables are measured for the first time. The measurements are in good agreement with the Standard Model prediction at next-to-leading-order accuracy.

Search for a Vectorlike Quark with Charge 2/3 in t plus Z Events from pp Collisions at root s 7 TeV

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Polarization in heavy quark decays

In this thesis I concentrate on the angular correlations in top quark decays and their next--to--leading order (NLO) QCD corrections. I also discuss the leading--order (LO) angular correlations in unpolarized and polarized hyperon decays. In the first part of the thesis I calculate the angular correlation between the top quark spin and the momentum of decay products in the rest frame decay of a polarized top quark into a charged Higgs boson and a bottom quark in Two-Higgs-Doublet-Models: $t(uparrow)rightarrow b+H^{+}$. The decay rate in this process is split into an angular independent part (unpolarized) and an angular dependent part (polar correlation). I provide closed form formulae for the ${mathcal O}(alpha_{s})$ radiative corrections to the unpolarized and the polar correlation functions for $m_{b}neq 0$ and $m_{b}=0$. The results for the unpolarized rate agree with the existing results in the literature. The results for the polarized correlations are new. I found that, for certain values of $tanbeta$, the ${mathcal O}(alpha_s)$ radiative corrections to the unpolarized, polarized rates, and the asymmetry parameter can become quite large. In the second part I concentrate on the semileptonic rest frame decay of a polarized top quark into a bottom quark and a lepton pair: $t(uparrow) to X_b + ell^+ + nu_ell$. I analyze the angular correlations between the top quark spin and the momenta of the decay products in two different helicity coordinate systems: system 1a with the $z$--axis along the charged lepton momentum, and system 3a with the $z$--axis along the neutrino momentum. The decay rate then splits into an angular independent part (unpolarized), a polar angle dependent part (polar correlation) and an azimuthal angle dependent part (azimuthal correlation). I present closed form expressions for the ${mathcal O}(alpha_{s})$ radiative corrections to the unpolarized part and the polar and azimuthal correlations in system 1a and 3a for $m_{b}neq 0$ and $m_{b}=0$. For the unpolarized part and the polar correlation I agree with existing results. My results for the azimuthal correlations are new. In system 1a I found that the azimuthal correlation vanishes in the leading order as a consequence of the $(V-A)$ nature of the Standard Model current. The ${mathcal O}(alpha_{s})$ radiative corrections to the azimuthal correlation in system 1a are very small (around 0.24% relative to the unpolarized LO rate). In system 3a the azimuthal correlation does not vanish at LO. The ${mathcal O}(alpha_{s})$ radiative corrections decreases the LO azimuthal asymmetry by around 1%. In the last part I turn to the angular distribution in semileptonic hyperon decays. Using the helicity method I derive complete formulas for the leading order joint angular decay distributions occurring in semileptonic hyperon decays including lepton mass and polarization effects. Compared to the traditional covariant calculation the helicity method allows one to organize the calculation of the angular decay distributions in a very compact and efficient way. This is demonstrated by the specific example of the polarized hyperon decay $Xi^0(uparrow) to Sigma^+ + l^- + bar{nu}_l$ ,($l^-=e^-, mu^-$) followed by the nonleptonic decay $Sigma^+ to p + pi^0$, which is described by a five--fold angular decay distribution.

Search for single b*-quark production with the ATLAS detector at sqrts=7 TeV

The results of a search for an excited bottom-quark b* in pp collisions at root s = 7 TeV, using 4.7 fb(-1) of data collected by the ATLAS detector at the LHC are presented. In the model studied, a single b*-quark is produced through a chromomagnetic interaction and subsequently decays to a W boson and a top quark. The search is performed in the dilepton and lepton + jets final states, which are combined to set limits on b*-quark couplings for a range of b*-quark masses. For a benchmark with unit size chromomagnetic and Standard Model-like electroweak b* couplings, b* quarks with masses less than 870 GeV are excluded at the 95% credibility level.

Studio di tecniche di estrazione del segnale per barioni Λc+ ricostruiti nell’esperimento ALICE

Le recenti analisi dei dati raccolti ad ALICE dimostrano che la nostra comprensione dei fenomeni di adronizzazione dei sapori pesanti è ancora incompleta, perché le misure effettuate su collisioni pp, p-Pb e Pb-Pb non sono riproducibili da modelli teorici basati su altre tipologie di collisione come e+e−. In particolare, i risultati sembrano indicare che il principio di universalità, che assume che le funzioni di frammentazione di quark e gluoni siano indipendenti dal tipo di sistema interagente, non sia valido. Per questo motivo sono stati sviluppati nuovi modelli teorici e fenomenologici, capaci di riprodurre in modo più o meno accurato i dati sperimentali. Questi modelli differiscono tra di loro soprattutto a bassi valori di impulso trasverso pT . L’analisi dati a basso pT si rivela dunque di fondamentale importanza, in quanto permette di discriminare, tra i vari modelli, quelli che sono realmente in grado di riprodurre i dati sperimentali e quelli che non lo sono. Inoltre può fornire una conferma sperimentale dei fenomeni fisici su cui tale modello si basa. In questa tesi è stato estratto il numero di barioni Λ+c (yield ) prodotto in collisioni pp a √s = 13 TeV , nel range di impulso trasverso 0 < pT (Λ+c ) < 1 GeV/c. É stato fatto uso di una tecnica di machine learning che sfrutta un algoritmo di tipo Boosted Decision Trees (BDT) implementato dal pacchetto TMVA, al fine di identificare ed eliminare una grossa parte del fondo statistico e semplificare notevolmente l’analisi vera e propria. Il grado di attendibilità della misura è stata verificata eseguendo l’estrazione dello yield con due approcci diversi: il primo, modellando il fondo combinatoriale con una funzione analitica; successivamente con la creazione di un template statistico creato ad hoc con la tecnica delle track rotations.

Metop-A generator for single top production via FCNC interactions

We present a generator for single top-quark production via flavour-changing neutral currents. The MEtop event generator allows for Next-to-Leading-Order direct top production pp -> t and Leading-Order production of several other single top processes. A few packages with definite sets of dimension six operators are available. We discuss how to improve the bounds on the effective operators and how well new physics can be probed with each set of independent dimension six operators.

Measurement of the top pair production cross-section in 8 TeV proton-proton collisions using kinematic information in the lepton+jets final state with ATLAS

A measurement is presented of the tt¯ inclusive production cross section in pp collisions at a center-of-mass energy of s√=8  TeV using data collected by the ATLAS detector at the CERN Large Hadron Collider. The measurement was performed in the lepton+jets final state using a data set corresponding to an integrated luminosity of 20.3  fb−1. The cross section was obtained using a likelihood discriminant fit and b-jet identification was used to improve the signal-to-background ratio. The inclusive tt¯ production cross section was measured to be 260±1(stat)+22−23(stat)±8(lumi)±4(beam)  pb assuming a top-quark mass of 172.5 GeV, in good agreement with the theoretical prediction of 253+13−15  pb. The tt¯→(e,μ)+jets production cross section in the fiducial region determined by the detector acceptance is also reported.

Differential top-antitop cross-section measurements as a function of observables constructed from final-state particles using pp collisions at s√=7 TeV in the ATLAS detector

Various differential cross-sections are measured in top-quark pair (tt¯) events produced in proton--proton collisions at a centre-of-mass energy of s√=7 TeV at the LHC with the ATLAS detector. These differential cross-sections are presented in a data set corresponding to an integrated luminosity of 4.6 fb−1. The differential cross-sections are presented in terms of kinematic variables of a top-quark proxy referred to as the pseudo-top-quark whose dependence on theoretical models is minimal. The pseudo-top-quark can be defined in terms of either reconstructed detector objects or stable particles in an analogous way. The measurements are performed on tt¯ events in the lepton+jets channel, requiring exactly one charged lepton and at least four jets with at least two of them tagged as originating from a b-quark. The hadronic and leptonic pseudo-top-quarks are defined via the leptonic or hadronic decay mode of the W boson produced by the top-quark decay in events with a single charged lepton.The cross-section is measured as a function of the transverse momentum and rapidity of both the hadronic and leptonic pseudo-top-quark as well as the transverse momentum, rapidity and invariant mass of the pseudo-top-quark pair system. The measurements are corrected for detector effects and are presented within a kinematic range that closely matches the detector acceptance. Differential cross-section measurements of the pseudo-top-quark variables are compared with several Monte Carlo models that implement next-to-leading order or leading-order multi-leg matrix-element calculations.

Search for invisible particles produced in association with single-top-quarks in proton-proton collisions at s√ = 8 TeV with the ATLAS detector

A search for the production of single-top-quarks in association with missing energy is performed in proton--proton collisions at a centre-of-mass energy of s√ = 8 TeV with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider using data collected in 2012, corresponding to an integrated luminosity of 20.3 fb−1. In this search, the W boson from the top quark is required to decay into an electron or a muon and a neutrino. No deviation from the Standard Model prediction is observed, and upper limits are set on the production cross-section for resonant and non-resonant production of an invisible exotic state in association with a right-handed top quark. In the case of resonant production, for a spin-0 resonance with a mass of 500 GeV, an effective coupling strength above 0.15 is excluded at 95% confidence level for the top quark and an invisible spin-1/2 state with mass between 0 GeV and 100 GeV. In the case of non-resonant production, an effective coupling strength above 0.2 is excluded at 95% confidence level for the top quark and an invisible spin-1 state with mass between 0 GeV and 657 GeV.

Search for production of single top quarks via tcg and tug flavor-changing-neutral-current couplings

We search for the production of single top quarks via flavor-changing-neutral-current couplings of a gluon to the top quark and a charm (c) or up (u) quark. We analyze 230 pb(-1) of lepton+jets data from p (p) over tilde collisions at a center of mass energy of 1.96 TeV collected by the D0 detector at the Fermilab Tevatron Collider. We observe no significant deviation from standard model predictions, and hence set upper limits on the anomalous coupling parameters kappa(c)(g)/Lambda and kappa(u)(g)/Lambda, where kappa(g) define the strength of tcg and tug couplings, and Lambda defines the scale of new physics. The limits at 95% C.L. are kappa(c)(g)/Lambda < 0.15 TeV-1 and kappa(u)(g)/Lambda < 0.037 TeV-1.