Performance del dimostratore di ENUBET con fasci di particelle (CERN-PS, Agosto 24)

The ENUBET experiment aims to introduce a new approach for producing neutrino beams with unprecedented precision. This approach consists of measuring the charged leptons associated with neutrinos at the moment of the decay of the unstable mesons from which they originate, specifically leveraging the semileptonic decays of K mesons. In this way, the experiment moves beyond the need to rely on complex simulations with large systematic uncertainties. The project has led to the development of a large detector prototype to demonstrate the feasibility of this concept. This thesis focuses on the analysis of data collected at the CERN PS accelerator in August 2024 using this new detector. The demonstrator is a ~3.5-ton device that replicates a 90-degree section of an instrumented “decay tunnel. ” It will be exposed to beams of pions, muons, and electrons with momenta ranging from 1 to 5 GeV/c in the T9 area of CERN-PS. The proposed study focuses on characterizing the response uniformity of the approximately 1,200 detector channels by reconstructing minimum ionizing particles. This dataset will enable the equalization of detector channels and the measurement of the energy resolution for a sample of electrons with energies between 0.5 and 5 GeV. These measurements will be performed both for electrons incident normally and for electrons striking the detector at typical angles expected in the experiment. The performance measured from the data will be compared with the expectations from a Monte Carlo simulation based on the GEANT4 package.

L’esperimento ENUBET mira a introdurre un nuovo approccio per la produzione di fasci di neutrini con una precisione senza precedenti. Questo approccio consiste nel misurare i leptoni carichi associati ai neutrini al momento del decadimento dei mesoni instabili da cui hanno origine, sfruttando in particolare i decadimenti semileptonici dei mesoni K. In questo modo, l’esperimento supera la necessità di affidarsi a simulazioni complesse con grandi incertezze sistematiche. Il progetto ha portato allo sviluppo di un grande prototipo di rivelatore per dimostrare la fattibilità di questo concetto. Questa tesi si concentra sull’analisi dei dati raccolti presso l’acceleratore PS del CERN nell’agosto 2024 utilizzando questo nuovo rivelatore. Il dimostratore è un dispositivo di circa 3,5 tonnellate che replica una sezione di 90 gradi di un “tunnel di decadimento” strumentato. Verrà esposto a fasci di pioni, muoni ed elettroni con momenti compresi tra 1 e 5 GeV/c nell’area T9 del CERN-PS. Lo studio proposto si concentra sulla caratterizzazione dell’uniformità di risposta dei circa 1.200 canali del rivelatore attraverso la ricostruzione di particelle minimamente ionizzanti. Questo insieme di dati permetterà di equalizzare i canali del rivelatore e di misurare la risoluzione in energia per un campione di elettroni con energie comprese tra 0,5 e 5 GeV. Queste misure saranno effettuate sia per elettroni incidenti perpendicolarmente, sia per elettroni che colpiscono il rivelatore con angoli tipici previsti nell’esperimento. Le prestazioni misurate a partire dai dati saranno confrontate con le aspettative di una simulazione Monte Carlo basata sul pacchetto GEANT4.