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Tesi etd-08272019-135449


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
BOTTALICO, ELIA
URN
etd-08272019-135449
Title
Study of the calorimeter gain fluctuations of the Muon g-2 experiment at Fermilab
Struttura
FISICA
Corso di studi
FISICA
Supervisors
relatore Dott. Venanzoni, Graziano
Parole chiave
  • laser system
  • g-2
  • fermilab
Data inizio appello
18/09/2019;
Consultabilità
Secretata d'ufficio
Riassunto analitico
L’esperimento Muon g-2 al Fermilab (E989) ha come scopo la misura del momento magnetico anomalo del muone con una precisione di 0.14 ppm (parti per milione). Tale precisione, ottenibile dalla somma in quadratura di un contributo statistico e uno sistematico di uguale valore (0.1 ppm), permetterà di migliorare di un fattore 4 la precisione attuale e rappresenterà un test di altissima precisione per il Modello Standard e le sue possibili estensioni. L’osservabile che viene misurata è la cosiddetta anomalia magnetica a=g-2/2 dove g è il fattore giromagnetico del muone. L’equazione di Dirac predice g = 2, mentre sappiamo che le correzioni radiative causano una correzione del per mille a questa quantità. La misura viene effettuata iniettando muoni positivi con impulso pari a 3.1 GeV polarizzati longitudinalmente in pacchetti (fill) ad un rate di 12 Hz in un anello di 14 metri di diametro. A causa della violazione di parità nel decadimento debole del muone, i positroni di alta energia prodotti vengono emessi preferenzialmente in direzione dello spin del muone. Contando il numero di positroni con energia superiore a 1.7 GeV in funzione del tempo, si misura la frequenza di precessione dello spin che è legata, attraverso la conoscenza del campo magnetico, alla anomalia magnetica del muone. I positroni sono rivelati da 24 calorimetri elettromagnetici, che ne misurano l’energia depositata ed il tempo di arrivo, costituiti da un totale di 1296 cristalli di fluoruro di piombo letti da fotomoltiplicatori al silicio (SIPM). A causa del grande flusso di particelle concentrato nei 700 µs del fill i SIPM subiscono delle fluttuazioni di guadagno che introducono un errore sulla misura dell’energia dei positroni rilasciata nei calorimetri. Tali fluttuazioni sono caratterizzate da due diverse scale temporali: una breve (ST, Short Time) di ampiezza massima del 4%, causata da due impulsi che colpiscono il SIPM in un intervallo di decine di nanosecondi, dove il primo impulso inibisce una parte dei pixel del SIPM che saranno insensibili al secondo impulso, e una lunga (LT, Long Time) di ampiezza massima del 2%, sulla scala di decine-centinaia di microsecondi, causata dal tempo di recupero dell’elettronica di lettura che deve fornire l’alimentazione ai pixel colpiti. L’incertezza sistematica totale permessa per queste correzioni è di 20 ppb, che richiede di conoscere le fluttuazioni di guadagno con una precisione dello 0.04% durante i 700 µs del fill (IFG, In Fill Gain corrections). Il lavoro di tesi ha riguardato lo studio di tali fluttuazioni di guadagno attraverso la modalità detta del doppio impulso in cui vengono iniettati in ciascun cristallo due impulsi di ampiezza e separazione temporale variabile, studiando le correzione ST e LT. Questo studio indipendente ci ha permesso di verificare la bontà delle correzioni IFG, trovando un ottimo accordo tra i valori dei parametri delle due correzioni, costruendo inoltre un modello capace di descrivere le funzioni di guadagno dei SIPMs al variare dell’energia.
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