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Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

Tesi etd-05062008-165435


Tipo di tesi
Tesi di laurea specialistica
Autore
CORBO, MATTEO
Indirizzo email
corbeo@gmail.com
URN
etd-05062008-165435
Titolo
L'esperimento MEG. Calibrazione e monitoraggio mediante acceleratore di Cockcroft-Walton. Metodi di diagnostica dei fasci.
Dipartimento
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
SCIENZE FISICHE
Relatori
Relatore Prof. Bemporad, Carlo
Relatore Dott. Signorelli, Giovanni
Parole chiave
  • Diagnostica
  • Calibrazione
  • LFV
  • muone
  • MEG
  • Fasci
Data inizio appello
23/05/2008
Consultabilità
Completa
Riassunto
L'esperimento MEG ha come scopo la ricerca di
una violazione della conservazione del sapore leptonico (LFV) mediante la messa in evidenza
del decadimento $\mu^+ \to e^+ + \gamma$. La versione minimale del Modello Standard (MS) prevede che questa propriet\`a di conservazione sia completa e chiaramente proibisce
il decadimento in esame. Includendo nel MS il fenomeno dell'oscillazione dei neutrini, il processo $\mu^+ \to e^+ + \gamma$~diventa possibile, ma con un rapporto di decadimento (BR$=\frac{\Gamma_{\mu^+ \to e^+ + \gamma}}{\Gamma_{tot}}$) estremamente piccolo
(BR $\approx 10^{-50}$), non verificabile sperimentalmente. Recenti estensioni supersimmetriche del MS e le teorie
supersimmetriche di grande unificazione prevedono che il fenomeno della LFV sia osservabile attraverso il processo $\mu^+ \to e^+ + \gamma$~con un BR previsto tra $10^{-11}$ e $10^{-14}$.

L'attuale limite sperimentale \`e stato ottenuto dall'esperimento MEGA ed \`e BR$<1.2 \cdot 10^{-11}$ al 90$\%$ di C.L. L'esperimento MEG si propone di migliorare il limite di circa due ordini di grandezza cos\`i da poter verificare o limitare le previsioni della teoria. La segnatura dell'evento \meg, con il muone decadente a riposo nel sistema di riferimento del laboratorio, \`e l'emissione in direzioni opposte di un fotone e di un elettrone di impulso $\approx 52.8$~MeV/c. Per distinguere questo processo dal fondo \`e necessaria la misura, con buone risoluzioni,
dell'energia delle due particelle, dell'angolo compreso fra le loro direzioni di emissione e della contemporaneit\`a della loro emissione.

\`E possibile ottenere questo risultato grazie all'impiego di nuove tecniche di rivelazione tra cui spicca l'innovativa calorimetria basata sulla
scintillazione in Xenon liquido. Un calorimetro a Xenon liquido misura l'energia con un errore $\Delta E/E \approx 4\%$ FWHM a 52.8~MeV, con una
risoluzione sul tempo di interazione dei fotoni di $\Delta t \approx$~100~ps FWHM.

Sono previste numerose tecniche di monitoraggio e calibrazione per garantire il corretto funzionamento dell'intero apparato sperimentale
ed in particolare del calorimetro. In questa tesi sar\`a trattato con maggiore attenzione l'utilizzo di un acceleratore di Cockcroft-Walton (CW). I protoni accelerati sono utilizzati per generare reazioni nucleari esotermiche con l'emissione di radiazione $\gamma$ energetica e monocromatica. Possono essere studiate le propriet\`a del calorimetro nella rivelazione dei
fotoni (determinazione della loro energia, determinazione delle coordinate spazio-temporali del punto di interazione). Ci\`o potr\`a essere fatto durante i periodi in cui l'esperimento raccoglie dati, ma anche nei periodi preparatori nei quali il fascio di $\mu^+$ non sia disponibile. Le frequenti calibrazioni mediante il CW permettono di mantenere in condizioni ottimali le caratteristiche del calorimetro, controllandone la stabilit\`a nel tempo.

Saranno presentati i risultati ottenuti attraverso le reazioni di cattura protonica su $^{7}_3$Li$(p,\gamma)^{8}_4$Be, $^{19}_9$F$(p,\alpha \gamma)^{20}_{10}$Ne~e $^{11}_5$B$(p,\gamma)^{12}_6$C. Sar\`a esaminata la linea di fascio dei protoni e saranno presentati i vari elementi necessari per il
controllo e il monitoraggio del fascio. Verranno discusse le scelte relative ai bersagli per le reazioni nucleari. Sar\`a presentata la procedura di temporizzazione relativa del contatore per positroni e del calorimetro, attraverso l'utilizzazione della emissione in cascata di due fotoni dalla reazione di cattura su boro $^{11}_5$B$(p,\gamma)^{12}_6$C.

La misura diretta dell'intensit\`a del fascio di $\mu^+$ \`e importante per una corretta determinazione del BR($\mu^+ \to e^+ + \gamma$). Sar\`a discussa l'implementazione di una camera a ionizzazione nella regione attraversata dal fascio. Saranno illustrate possibili applicazioni, per l'esperimento MEG,
dei raggi X prodotti dalla ionizzazione in materiali da parte di protoni e di muoni: un sistema per il monitoraggio delle camere a deriva e un monitor di fascio per la misura non distruttiva della corrente di muoni di superficie
(di impulso $\approx 28$~MeV/c). Verr\`a dimostrato inoltre che non esistono rischi per la salute connessi con l'uso del CW e l'esposizione ai raggi X, in tutta l'area prossima alla linea del fascio di protoni.
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