La discrepanza tra il valore teorico e quello sperimentale del momento magnetico del muone potrebbe suggerire una lacuna nel Modello Standard o, in alternativa, un errore nei calcoli teorici. Per identificare la causa, è necessaria una migliore precisione nella stima teorica, la cui principale fonte di errore è rappresentata dalla componente adronica. L’obiettivo dell’esperimento MUonE è stimare la componente adronica del momento magnetico del muone, riducendo l’incertezza a meno dell’1% attraverso un approccio indipendente basato sull’urto elastico di muoni su elettroni. L’apparato sperimentale è costituito da un sistema di tracking e da un calorimetro elettromagnetico. In questa tesi viene analizzato il fenomeno del Pile-up dei muoni all’interno del calorimetro, con particolare attenzione a come questo influenzi l’energia ricostruita dallo strumento. Con Pile-up si intende l’avvenimento di interazioni multiple all’interno di una finestra di lettura del detector; in questo esperimento sono i muoni che attraversano il calorimetro rilasciando energia, indistinguibile da quella lasciata dall’elettrone se l’urto è avvenuto sufficientemente vicino. In questo studio viene utilizzata la Fast Simulation, che non solo riproduce di default la capacità del calorimetro di distinguere parzialmente l’energia rilasciata da elettroni e muoni, ma consente anche di analizzare le due componenti in modo totalmente indipendente. Utilizziamo la simulazione per focalizzarci sullo studio degli effetti che non sono ancora analizzabili nel calorimetro reale, e come essi influenzino la risoluzione e l’efficienza del rilevatore. I risultati evidenziano che il Pile-up, ancora indistinguibile dalla componente elettronica nel setup reale, ha un’influenza maggiore sulla risoluzione rispetto agli altri effetti tipici dei calorimetri; in particolare, il Pile-up causa l’aggiunta di un termine ∝ 1/E^2 nella risoluzione relativa, dominante in tutto il range energetico rispetto agli altri termini. L’efficienza del calorimetro risulta sovrastimata a causa del Pile-up. L’effetto è maggiore per basse energie dell’elettrone, dove l’efficienza supera persino 1, e diminuisce al crescere dell’energia, fino ad avvicinarsi alla stima ottenuta in precedenti studi, realizzati senza i dati contenenti Pile-up. Infine, si stimano i valori di K e M per ricavare la componente adronica al momento magnetico del muone sia con Pile-up che senza. L’obiettivo è confrontare le stime ottenute dal calorimetro e dal tracker e vedere l’effetto del Pile-up su di esse. I risultati mostrano che senza Pile-up le stime del calorimetro e delle variabili miste hanno la stessa bontà di quelle ottenute dal tracker. Con il Pile-up, in accordo con le osservazioni precedenti di risoluzione energetica, l’incertezza sulla stima calorimetrica aumenta del 50%.
Studio di sensibilità dell’esperimento MUonE tramite Fast Simulation
LON, FILIPPO
2023/2024
Abstract
La discrepanza tra il valore teorico e quello sperimentale del momento magnetico del muone potrebbe suggerire una lacuna nel Modello Standard o, in alternativa, un errore nei calcoli teorici. Per identificare la causa, è necessaria una migliore precisione nella stima teorica, la cui principale fonte di errore è rappresentata dalla componente adronica. L’obiettivo dell’esperimento MUonE è stimare la componente adronica del momento magnetico del muone, riducendo l’incertezza a meno dell’1% attraverso un approccio indipendente basato sull’urto elastico di muoni su elettroni. L’apparato sperimentale è costituito da un sistema di tracking e da un calorimetro elettromagnetico. In questa tesi viene analizzato il fenomeno del Pile-up dei muoni all’interno del calorimetro, con particolare attenzione a come questo influenzi l’energia ricostruita dallo strumento. Con Pile-up si intende l’avvenimento di interazioni multiple all’interno di una finestra di lettura del detector; in questo esperimento sono i muoni che attraversano il calorimetro rilasciando energia, indistinguibile da quella lasciata dall’elettrone se l’urto è avvenuto sufficientemente vicino. In questo studio viene utilizzata la Fast Simulation, che non solo riproduce di default la capacità del calorimetro di distinguere parzialmente l’energia rilasciata da elettroni e muoni, ma consente anche di analizzare le due componenti in modo totalmente indipendente. Utilizziamo la simulazione per focalizzarci sullo studio degli effetti che non sono ancora analizzabili nel calorimetro reale, e come essi influenzino la risoluzione e l’efficienza del rilevatore. I risultati evidenziano che il Pile-up, ancora indistinguibile dalla componente elettronica nel setup reale, ha un’influenza maggiore sulla risoluzione rispetto agli altri effetti tipici dei calorimetri; in particolare, il Pile-up causa l’aggiunta di un termine ∝ 1/E^2 nella risoluzione relativa, dominante in tutto il range energetico rispetto agli altri termini. L’efficienza del calorimetro risulta sovrastimata a causa del Pile-up. L’effetto è maggiore per basse energie dell’elettrone, dove l’efficienza supera persino 1, e diminuisce al crescere dell’energia, fino ad avvicinarsi alla stima ottenuta in precedenti studi, realizzati senza i dati contenenti Pile-up. Infine, si stimano i valori di K e M per ricavare la componente adronica al momento magnetico del muone sia con Pile-up che senza. L’obiettivo è confrontare le stime ottenute dal calorimetro e dal tracker e vedere l’effetto del Pile-up su di esse. I risultati mostrano che senza Pile-up le stime del calorimetro e delle variabili miste hanno la stessa bontà di quelle ottenute dal tracker. Con il Pile-up, in accordo con le osservazioni precedenti di risoluzione energetica, l’incertezza sulla stima calorimetrica aumenta del 50%.File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.12608/80481