Analisi dei dati di test beam del calorimetro di MuOnE

The muon magnetic moment is a significant quantity in contemporary physical research. Its most recent measurements are not fully compatible with standard model predictions; high precision measurements are required to prove or disprove the theory. The MuOnE experimental proposal aims to measure the hadronic component of muon magnetic moment with a precision of 10^(-2), through the study of elastic muon on electron scattering. A muon beam will collide with berillium targets and the resulting particles will be collected by an electromagnetic calorimeter. An accurate calibration and an extensive knowledge of the apparatus is required to achieve such a precision. This work focuses on the electromagnetic calorimeter, and aims to detect any irregularities and try to find an explanation. In order to do that, data from electron beams and laser, both at high and low energies, were analysed. The former were taken in CERN north area starting from 31/5/23, the latter were taken in CERN west area from 29/6/23. Some problems in the high energy data pedestal were found. It does vary with time and displays some steps correlated with the order in which the beam targets crystals. This phenomenon can be partly explained with the AC coupling between photodiodes and their preamplifier. Other irregularities regarding cluster energies for low energy data were observed: the energy measured appears to be significatively different than the beam energy. It appears the calibration constants for crystals, which were calculated with high energy data, changed between runs. A possible correction involves the study of associated laser data.

Il momento magnetico del muone è una quantità di particolare interesse nella fisica. Le misure sperimentali effettuate fino ad oggi, infatti, non sono pienamente compatibili con le previsioni del modello standard; occorrono misure ad alta precisione per comprendere se la teoria finora sviluppata sia adeguata o meno. L'esperimento MuOnE si propone di fornire una stima della componente adronica del momento magnetico del muone con una precisione di 10^(-2). Esso sarà misurato tramite studio dello scattering elastico tra muone ed elettrone; un fascio di muoni dalla beam-line M2 del CERN inciderà contro una serie di bersagli di berillio e le particelle risultanti saranno raccolte da un calorimetro elettromagnetico. Per raggiungere la precisione desiderata è necessaria un'accurata calibrazione e uno studio approfondito di tutti gli strumenti di misura. Questo lavoro si concentra sul calorimetro elettromagnetico, e si propone di rilevare irregolarità nel suo comportamento e trovare delle possibili spiegazioni. Per fare ciò, si sono analizzati dati da fasci di elettroni e laser ad alta e bassa energia; i primi sono stati acquisiti nell'area nord del CERN a partire dal 31/5/23, i secondi nell'area ovest a partire dal 29/6/23. Si sono riscontrati dei problemi nel cosiddetto “piedistallo” dei segnali ad alta energia, una grandezza legata al rumore di fondo dei dati. Esso non appare infatti costante nel tempo e presenta dei salti collegabili all'istante in cui ciascun cristallo del calorimetro viene bersagliato dal fascio di elettroni. La spiegazione più plausibile è legata al fatto che i fotodiodi del calorimetro hanno accoppiamento AC con il preamplificatore. Inoltre, si sono osservate delle irregolarità nelle energie rilevate durante gli eventi elettronici a bassa energia: l'energia rilasciata nei cristalli appare significativamente diversa da quella attesa. Si ipotizza che le costanti di calibrazione del calorimetro, calcolate con i dati ad alta energia, siano cambiate tra le due prese dati; si propone quindi una possibile correzione, basata sullo studio dei dati laser associati.