Measurement of the positron fraction in cosmic rays with the experiment AMS-02.

Diverse misure astrofisiche e cosmologiche sembrano richiedere la presen- za nell’Universo di una larga frazione di massa non ancora osservata, detta per questo materia oscura. Non risentendo delle interazioni elettromagne- tica e forte, tale tipo di materia risulta di difficile identificazione diretta. Grande importanza ́e data, quindi, alla sua eventuale osservazione indiretta, attraverso la rivelazione dei prodotti di decadimento o di annichilazione. L’osservazione indiretta piu ́ promettente ́e quella legata ai processi di an- nichilazione di WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), che potrebbero essere i costituenti della materia oscura. Tali processi sono previsti influen- zare la frazione di positroni rispetto agli elettroni (R = e+ ) nei raggi e+ +e− cosmici primari. In effetti, gli esperimenti PAMELA e Fermi hanno misurato un andamento crescente con l’energia di tale quantita ́, contrariamente alle previsioni dei modelli di fondo galattico che vedono una continua diminuzio- ne. La comprensione di dove tale l’aumento si arresti ha grande importanza per poter eventualmente associare tale effetto all’esistenza di materia oscura. 1  Scopo di questa tesi ́e la misura di R. L’analisi ́e stata effettuata utilizzan- do i dati di volo dell’esperimento AMS-02, installato sulla Stazione Spaziale Internazionale nel maggio 2011. Il rivelatore possiede un magnete permanen- te nel cui campo opera un tracciatore capace di misurare la carica e l’impulso di particelle cariche fino a 2 TeV/c, consentendo una chiara distinzione del segno della carica. Inoltre, la presenza di un rivelatore di radiazione di tran- sizione e di un calorimetro permettono la precisa identificazione di e±, p, p ̄. I protoni, rappresentando la componente dominante dei raggi cosmici, sono la sorgente principale di fondo nella misura di R. In questa tesi sono stati studiati due metodi di reiezione dei protoni da parte del calorimetro. Il primo prevede tagli in cascata sulle variabili mag- giormente discriminanti tra sciami elettromagnetici ed adronici. Il secondo fa uso di una analisi multivariata, il Boost Decision Tree (BDT). Una volta selezionato un campione pulito di eventi, ́e stato effettuato un fit della distribuzione del rapporto energia su impulso E/p con template del segnale (positroni) e del fondo (elettroni con carica erroneamente ricostruita e protoni), ricavati dai dati o da simulazioni Monte Carlo. Infine, per i valori di R fino all’energia di 350 GeV, ́e stato calcolato l’errore statistico associato alla misura e stimato l’errore sistematico, dovuto alla scelta dei template e alla confusione di carica