• ageing
• camera a deriva
• drift chamber
• invecchiamento
• lepton flavour
• raggi X
• resolution
• risoluzione
• sapore leptonico
• X-rays

L’esperimento MEG, attualmente in presa dati presso il Paul Scherrer Institut di Zurigo (Svizzera),
ha come scopo la ricerca del decadimento μ → eγ, proibito all’interno del Modello Standard, ma previsto
da molte delle sue estensioni. La collaborazione ha appena pubblicato l’analisi dei dati 2009–2011, che
porta il limite sul rapporto di decadimento di questo processo a BR(μ → eγ) < 5.7 × 10–13 , un fattore
20 rispetto al limite posto dall’esperimento precedente.
La ricerca sperimentale del decadimento si basa sulla misura del quadrimpulso di fotoni e positroni
provenienti da decadimenti di muoni fermi. Il quadrimpulso del fotone è misurato da un calorimetro
a xenon liquido, mentre l’impulso del positrone è misurato da un insieme di camere a deriva poste in
campo magnetico, seguito da barre scintillanti per una precisa determinazione del tempo. L’analisi dei
dati raccolti nel 2012 è in corso, mentre un’ultima campagna di presa dati, prevista terminare a fine
agosto 2013, permetterà di saturare la sensibilità raggiungibile con il presente apparato sperimentale.
La collaborazione ha di recente proposto un upgrade dell’esperimento in cui alla stessa linea del
fascio e allo stesso magnete verranno accoppiate una nuova camera a fili e un calorimetro a xenon con
maggiore accettanza e granularità. Mediante tale upgrade si vuole migliorare la sensibilità alla ricerca
del decadimento di un ulteriore fattore 10 (fino a qualche unità in 10–14 ) dove la maggior parte delle
estensioni del Modello Standard prevedono l’esistenza del decadimento.
Elemento chiave del nuovo apparato è la nuova camera a deriva, responsabilità dei gruppi italiani
che partecipano all’esperimento. Essa è progettata per migliorare l’accettanza del segnale, mantenendo il
materiale sulla traiettoria del positrone al minimo, dato che alle energie in gioco la diffusione coulombiana
multipla è l’elemento di maggior disturbo per una precisa determinazione dell’impulso della particella.
Tale camera, composta da più di 2000 fili con configurazione stereo, `
e riempita di una miscela molto leggera
di elio e isobutano, e dovrà sostenere un flusso di particelle tre volte superiore a quella dell’esperimento
attuale. In presenza di un così alto flusso di particelle le molecole del gas si scindono e tendono a formare
depositi sui fili, riducendo le prestazioni della camera e arrivando a provocare, in casi estremi, danni
macroscopici.
Diventa di fondamentale importanza, nel momento in cui si va a costruire una nuova camera, studiare nel dettaglio quali siano le sue prestazioni su vari prototipi, e come le prestazioni siano modificate
dall’invecchiamento della camera stessa, dato che la carica accumulata sui fili più caldi sarà dell’ordine
di una frazione di Coulomb al centimetro.
In questa tesi viene affrontato lo studio sperimentale del funzionamento dei primi prototipi, a partire
dalla loro progettazione e simulazione (configurazione dei fili e dei campi elettrici, risposta al passaggio di
particelle). I prototipi, realizzati all’interno dei laboratori della sezione di Pisa dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, sono stati caratterizzati per quanto riguarda le condizioni di lavoro e la risposta a diversi
tipi di radiazione (particelle α, elettroni, raggi-X). Dall’analisi dei dati accumulati e da una semplice
ricostruzione delle tracce `
e stato possibilie ricavare una stima delle risoluzioni ottenibili nell’apparato in
diverse condizioni di lavoro, per orientare il disegno dell’apparato finale.
Per lo svolgimento delle misure di invecchiamento
è stato necessario allestire un nuovo laboratorio
dove è stato possibile accelerare l’accumulo di radiazione mediante irraggiamento da una sorgente intensa
di raggi-X, scelta e caratterizzata in base alle esigenze di misura.
Si mostrer`
a come i prototipi sono effettivamente in grado di misurare le tracce di particelle ionizzanti,
e di sostenere un alto flusso di carica, e se ne evidenzieranno le modificazioni indotte dall’invecchiamento.
Le misure effettuate per questa tesi hanno permesso di finalizzare il disegno della camera a deriva per
l’upgrade dell’esperimento MEG, e di verificare in maniera preliminare le sue prestazioni.