Studio delle prestazioni del calorimetro elettromagnetico dell'esperimento MEG per la ricerca del decadimento ì -> e + gamma

L’esperimento MEG si prefigge di studiare le violazione del sapore leptonico misurando il rapporto B = ì -> e + gamma / ì -> TOT con sensibilit´a di 10−13, migliorando di due ordini di grandezza le precedenti misure dell’esperimento MEGA, grazie alle migliori risoluzioni dei rivelatori progettati e all’utilizzo di un fascio continuo di muoni, a differenza di quello impulsato usato da MEGA. Il Modello Standard (MS) delle interazioni elettrodeboli, attualmente il modello di riferimento nel campo della fisica delle particelle elementari, non prevede questa violazione a nessun ordine. Anche introducendo correzioni dovute alle masse non nulle dei neutrini, il Modello Standard prevede un B non misurabile(B < 10 alla −40). Alcuni modellli di grande unificazione supersimmetrica (SUSYGUT) in cui il MS viene inglobato come sottogruppo a pi´u basse energie, danno invece previsioni di questo rapporto poco al di sotto del limite sperimentale attuale, che rendono MEG importante per la ricerca della fisica oltre il modello standard. La segnatura dell’evento ì in e + gamma sono un positrone e un fotone emessi contemporaneamente, nella stessa linea di volo, con uguale energia, pari a met´a della massa del muone (ì/2 =52.8 MeV ). Per raggiungere la sensibilit´a prefissata, sono stati messi appunto sistemi di rivelazione molto precisi dell’energia, della direzione e del tempo di arrivo delle due particelle. In particolare l’energia, la direzione e il tempo di arrivo del fotone saranno misuarati da un calorimetro a Xenon liquido, gas nobile con un numero di fotoni prodotti per scintillazione paragonabile a quello dello ioduro di sodio ma con un tempo di scintillazione molto inferiore. I fotoni di scintillazione saranno raccolti da 848 fotubi montati sulla superfice interna del calorimetro, e i loro segnali, digitalizzati, saranno analizzati da un programma di analisi chiamato Rome, operante in ambiente Root e svillupato apposta per l’esperimento MEG. I fotomoltiplicatori sono stati testati tramite due sistemi: una piccola postazione presso i laboratori dell’INFN di Pisa che consente il test di un fototubo alla volta (Photomultiplier Test Facility PMT), ed un prototipo da 67 litri del calorimetro a Xenon liquido presente al PSI, che consente il test di circa 228 fototubi per volta (Large Prototype LP). Il mio lavoro ´e consistito nel testare parte dei fototubi nella PMT presente a Pisa e di sviluppare in Rome degli algoritmi per la determinazione dei parametri dei fotomoltiplicatori nel LP poi implementati o implementabili nel programma di analisi del calorimetro finale. La misura delle caratteristiche dei PMT ´e estremamente importante per il raggiungimento delle risoluzioni sperimentali richieste per il calorimetro. Nella parte finale della tesi mostro con una simulazione MonteCarlo che se le caratteristiche dei PMT in esperimento saranno quelle da noi misurate in laboratorio, la risoluzione in energia del calorimetro finale, sui fotoni del decadimento ì in e + gamma, sar´a inferiori al 5% FWHM