Study of the sensitivity of the XENON1T experiment with the profile likelihood method

Oggi sappiamo che la materia ordinaria rappresenta solo una piccola parte dell'intero contenuto in massa dell'Universo. L'ipotesi dell'esistenza della Materia Oscura, un nuovo tipo di materia che interagisce solo gravitazionalmente e, forse, tramite la forza debole, è stata avvalorata da numerose evidenze su scala sia galattica che cosmologica. Gli sforzi rivolti alla ricerca delle cosiddette WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), il generico nome dato alle particelle di Materia Oscura, si sono moltiplicati nel corso degli ultimi anni. L'esperimento XENON1T, attualmente in costruzione presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) e che sarà in presa dati entro la fine del 2015, segnerà un significativo passo in avanti nella ricerca diretta di Materia Oscura, che si basa sulla rivelazione di collisioni elastiche su nuclei bersaglio. XENON1T rappresenta la fase attuale del progetto XENON, che ha già realizzato gli esperimenti XENON10 (2005) e XENON100 (2008 e tuttora in funzione) e che prevede anche un ulteriore sviluppo, chiamato XENONnT. Il rivelatore XENON1T sfrutta circa 3 tonnellate di xeno liquido (LXe) e si basa su una Time Projection Chamber (TPC) a doppia fase. Dettagliate simulazioni Monte Carlo della geometria del rivelatore, assieme a specifiche misure della radioattività dei materiali e stime della purezza dello xeno utilizzato, hanno permesso di predire con accuratezza il fondo atteso. In questo lavoro di tesi, presentiamo lo studio della sensibilità attesa per XENON1T effettuato tramite il metodo statistico chiamato Profile Likelihood (PL) Ratio, il quale nell'ambito di un approccio frequentista permette un'appropriata trattazione delle incertezze sistematiche. In un primo momento è stata stimata la sensibilità usando il metodo semplificato Likelihood Ratio che non tiene conto di alcuna sistematica. In questo modo si è potuto valutare l'impatto della principale incertezza sistematica per XENON1T, ovvero quella sulla emissione di luce di scintillazione dello xeno per rinculi nucleari di bassa energia. I risultati conclusivi ottenuti con il metodo PL indicano che XENON1T sarà in grado di migliorare significativamente gli attuali limiti di esclusione di WIMPs; la massima sensibilità raggiunge una sezione d'urto σ=1.2∙10-47 cm2 per una massa di WIMP di 50 GeV/c2 e per una esposizione nominale di 2 tonnellate∙anno. I risultati ottenuti sono in linea con l'ambizioso obiettivo di XENON1T di abbassare gli attuali limiti sulla sezione d'urto, σ, delle WIMPs di due ordini di grandezza. Con tali prestazioni, e considerando 1 tonnellata di LXe come massa fiduciale, XENON1T sarà in grado di superare gli attuali limiti (esperimento LUX, 2013) dopo soli 5 giorni di acquisizione dati.

Social housing e sostenibilita. Progetto di un intervento di 24 alloggi ad energia quasi zero a Rovigo

L’oggetto di questa tesi di laurea è un intervento di recupero e riprogettazione di un edificio non completato, destinato a 24 alloggi di edilizia residenziale pubblica, situato a Rovigo. Questo è stato oggetto di una lunga ed articolata vicenda caratterizzata da continue interruzioni del cantiere, principalmente causate da una cattiva esecuzione dei lavori da parte dell’impresa costruttrice. Allo stato attuale è presente la sola struttura metallica assemblata sulle fondazioni in calcestruzzo armato; tutto il fabbricato risulta abbandonato e congelato da diversi anni dopo i primi collaudi che hanno stabilito la non idoneità del telaio in acciaio. L’obiettivo del progetto è dunque quello di recuperare le fondazioni esistenti e di riprogettare l’edificio in una chiave più attuale e sostenibile. E’ stato effettuato un sopralluogo per comprendere più da vicino le problematiche relative all’area di progetto, oltre ad un’attenta analisi delle documentazioni riguardanti il progetto originario in modo da correggere eventuali punti deboli. Le strategie non hanno tenuto conto dunque solamente di un’ottima efficienza energetica o di un’offerta di alloggi adeguata alla domanda della situazione abitativa attuale, ma anche di tutte le problematiche che sono derivate dalla cattiva gestione del progetto originario. Le scelte progettuali, infatti, sono state il risultato anche delle necessità di limitare tempi e costi di un intervento per il quale sono state sprecate fin troppe risorse, soprattutto economiche. La fase progettuale è stata affiancata dalla realizzazione di simulazioni effettuate tramite software di calcolo (Termolog EpiX 6 e DIALux evo) che hanno permesso di ottenere ottimi risultati per quanto riguarda prestazione energetica e comfort luminoso indoor.

Applicazioni dei fasci quasi-monocromatici in medicina

I raggi X, a partire dalla loro scoperta, avvenuta nel 1895 ad opera di Wilhelm Conrad Röntgen, si sono rivelati un potentissimo mezzo per lo studio della materia. In particolare in campo medico hanno permesso la nascita della diagnostica per immagini che, parallelamente allo sviluppo delle tecnologie, è diventata un mezzo imprescindibile per lo studio delle patologie. Negli ultimi decenni molti studi sono stati compiuti in particolare sui vantaggi dell’utilizzo nell’imaging di raggi X monocromatici in sostituzione dell’usuale radiazione policromatica. Con il seguente elaborato si ha l’intento di fornire un quadro generale sulla fisica dei raggi X, sulla loro interazione con la materia e sugli attuali metodi di produzione di fasci monocromatici e quasi-monocromatici, con particolare attenzione all'utilizzo su vasta scala. Sono state infine trattate le principali applicazioni della radiazione monocromatica e quasi-monocromatica nelle tecniche di imaging medico.

Age at hip or knee joint replacement surgery predicts likelihood of revision surgery

We compared revision and mortality rates of 4668 patients undergoing primary total hip and knee replacement between 1989 and 2007 at a University Hospital in New Zealand. The mean age at the time of surgery was 69 years (16 to 100). A total of 1175 patients (25%) had died at follow-up at a mean of ten years post-operatively. The mean age of those who died within ten years of surgery was 74.4 years (29 to 97) at time of surgery. No change in comorbidity score or age of the patients receiving joint replacement was noted during the study period. No association of revision or death could be proven with higher comorbidity scoring, grade of surgeon, or patient gender. We found that patients younger than 50 years at the time of surgery have a greater chance of requiring a revision than of dying, those around 58 years of age have a 50:50 chance of needing a revision, and in those older than 62 years the prosthesis will normally outlast the patient. Patients over 77 years old have a greater than 90% chance of dying than requiring a revision whereas those around 47 years are on average twice as likely to require a revision than die. This information can be used to rationalise the need for long-term surveillance and during the informed consent process.

Monotone Constrained Tensor-product B-spline with application to screening studies

When different markers are responsive to different aspects of a disease, combination of multiple markers could provide a better screening test for early detection. It is also resonable to assume that the risk of disease changes smoothly as the biomarker values change and the change in risk is monotone with respect to each biomarker. In this paper, we propose a boundary constrained tensor-product B-spline method to estimate the risk of disease by maximizing a penalized likelihood. To choose the optimal amount of smoothing, two scores are proposed which are extensions of the GCV score (O'Sullivan et al. (1986)) and the GACV score (Ziang and Wahba (1996)) to incorporate linear constraints. Simulation studies are carried out to investigate the performance of the proposed estimator and the selection scores. In addidtion, sensitivities and specificities based ona pproximate leave-one-out estimates are proposed to generate more realisitc ROC curves. Data from a pancreatic cancer study is used for illustration.

Efficient and Ad Hoc Estimation in the Bivariate Censoring Model

A large number of proposals for estimating the bivariate survival function under random censoring has been made. In this paper we discuss nonparametric maximum likelihood estimation and the bivariate Kaplan-Meier estimator of Dabrowska. We show how these estimators are computed, present their intuitive background and compare their practical performance under different levels of dependence and censoring, based on extensive simulation results, which leads to a practical advise.

Classification Using Generalized Partial Least Squares

The advances in computational biology have made simultaneous monitoring of thousands of features possible. The high throughput technologies not only bring about a much richer information context in which to study various aspects of gene functions but they also present challenge of analyzing data with large number of covariates and few samples. As an integral part of machine learning, classification of samples into two or more categories is almost always of interest to scientists. In this paper, we address the question of classification in this setting by extending partial least squares (PLS), a popular dimension reduction tool in chemometrics, in the context of generalized linear regression based on a previous approach, Iteratively ReWeighted Partial Least Squares, i.e. IRWPLS (Marx, 1996). We compare our results with two-stage PLS (Nguyen and Rocke, 2002A; Nguyen and Rocke, 2002B) and other classifiers. We show that by phrasing the problem in a generalized linear model setting and by applying bias correction to the likelihood to avoid (quasi)separation, we often get lower classification error rates.