ETD

• cLFV
• Drift Chamber
• MEG II

The MEG~II experiment at the Paul Scherrer Institut searches for the charged Lepton Flavor Violating decay $\mu^+ \to e^+\gamma$, a golden channel to test the validity of the Standard Model and to explore possible signatures of New Physics.

In this thesis, we report the results of the MEG~II analysis of the dataset collected during the 2021–2022 physics runs, achieving the highest sensitivity to date on the $\mu^+ \to e^+\gamma$ branching ratio, $\mathcal{S} = 2.2 \times 10^{-13}$. No evidence for the $\mu^+ \to e^+\gamma$ decay was observed, and a new upper limit on the branching ratio was established:
\[
\text{BR}(\mu^+\to e^+\gamma) \leq 1.5 \times 10^{-13} \ (90\% \ \text{C. L.})
\]
which is twice as stringent as the previous limit.

A central contribution to this achievement was the calibration of the experiment’s tracking detector—a single-volume cylindrical drift chamber—using 2022 data, along with the optimization of its performance through updates to the positron reconstruction algorithms, leading to a 10\% improvement in resolution. Systematic uncertainties related to tracker alignment were also significantly reduced thanks to a novel tracking algorithm for cosmic ray events. This thesis details the candidate’s work on these developments and their impact on the final analysis.

L’esperimento MEG~II presso il Paul Scherrer Institut ricerca il decadimento con violazione del sapore leptonico carico $\mu^+ \to e^+\gamma$, un canale privilegiato per testare la validità del Modello Standard ed esplorare possibili segnali di Nuova Fisica.

In questa tesi riportiamo i risultati dell’analisi MEG~II del dataset raccolto durante le prese dati del 2021–2022, raggiungendo la più alta sensibilità mai ottenuta sul branching ratio del decadimento $\mu^+ \to e^+\gamma$, $\mathcal{S} = 2.2 \times 10^{-13}$. Non è stata osservata alcuna evidenza del decadimento $\mu^+ \to e^+\gamma$, ed è stato stabilito un nuovo limite superiore sul branching ratio:
[
\text{BR}(\mu^+\to e^+\gamma) \leq 1.5 \times 10^{-13} \ (90% \ \text{C. L.})
]
che risulta due volte più stringente rispetto al limite precedente.

Un contributo centrale a questo risultato è stato la calibrazione del rivelatore di tracciamento dell’esperimento — una camera a deriva cilindrica a volume singolo — utilizzando i dati del 2022, insieme all’ottimizzazione delle sue prestazioni tramite aggiornamenti degli algoritmi di ricostruzione dei positroni, che hanno portato a un miglioramento del 10% nella risoluzione. Le incertezze sistematiche legate all’allineamento del tracciatore sono state inoltre significativamente ridotte grazie a un nuovo algoritmo di tracciamento per eventi da raggi cosmici. Questa tesi descrive in dettaglio il contributo del candidato a questi sviluppi e il loro impatto sull’analisi finale.