Relatori
Descrizione
L'esperimento Mu2e al Fermilab ricerca il processo CLFV di conversione coerente in assenza di neutrini $\mu^- \rightarrow e^-$ nel campo di un nucleo di alluminio. Il segnale atteso è un elettrone di conversione (CE) monocromatico di 104,97 MeV. La caratteristica distintiva di Mu2e è il sistema magnetico solenoidale superconduttore che produce un intenso fascio impulsato di muoni. La sensibilità alla scoperta prevista per la Run I a 5$\sigma$ è $R_{\mu e} = 1.2 \times 10^{-15}$, , con un fondo totale atteso di $0.11 \pm 0.03$ eventi. In assenza di segnale, il limite superiore atteso è $R_{\mu e} < 6.2 \times 10^{-16}$ al 90$\%$ CL. Questo rappresenta un miglioramento di tre ordini di grandezza rispetto al limite sperimentale attuale di $R_{\mu e} < 7 \times 10^{-13}$ al 90$\%$ CL stabilito dall'esperimento SINDRUM II. Una sorgente di fondo alla ricerca del CE è costituito dagli antiprotoni prodotti dall'interazione del fascio di protoni con il bersaglio in tungsteno per la produzione del fascio di muoni, che annichilano nel bersaglio di alluminio producendo elettroni della stessa energia del CE. Sebbene non sia un fondo dominante, presenta una grande incertezza e non può essere soppresso dai tagli temporali utilizzati per ridurre il fondo immediato. L'errore sistematico sulla stima diquesto fondo è dominato dall'incertezza sulla sezione d'urto di produzione degli antiprotoni. Abbiamo sviluppato un metodo innvoativo basato sui dati per stimare il fondo di antiprotoni.All’energia di Mu2e, l’annichilazione di $\bar{p}$ sul bersaglio di alluminio è l’unica sorgente di eventi con più particelle. Dalle simulazioni Geant4, solo circa lo 0.2$\%$ degli eventi di annichilazione di $\bar{p}$ produce un elettrone con la stessa energia del CE, e circa il $\sim$ 5$\%$ degli eventi presenta più tracce di particelle ricostruibili. Pertanto, abbiamo ideato una metodologia per ricostruire gli eventi multi-traccia e stimare il fondo di $\bar{p}$ utilizzando il rapporto tra i tassi di produzione dei due stati finali. L'incertezza sistematica di questa stima deriva da: (1) l'incertezza sul numero di eventi multi-traccia da annichilazione di $\bar{p}$ a riposo; (2) la forma della distribuzione in impulso dei pioni prodotti nell’annichilazione. Abbiamo confrontato i valori ottenuti dalle simulazioni GEANT4 con le misurazioni disponibili da vari esperimenti passati. In questa presentazione, esporremo i risultati finali di questa stima in-situ del fondo di $\bar{p}$ in Mu2e.
