Relatore
Descrizione
L'esperimento MEGII presso il Paul Scherrer Institute (PSI) ha stabilito il miglior limite superiore al mondo sulla "branching ratio" del decadimento $\mu^+ \rightarrow e^+ \gamma$, pari a $\mathcal{B}(\mu^{+} \rightarrow e^+ \gamma)<3.1\times 10^{-13}$ (al 90% di livello di confidenza). Questo processo viola il sapore leptonico (Charged Lepton Flavor Violation, CLFV); la sua osservazione sperimentale fornirebbe un'evidenza di Nuova Fisica (NP) oltre il Modello Standard (SM), mentre i limiti sul valore di $\mathcal{B}$ vincolano i parametri dei modelli di NP.
Per migliorare ulteriormente i risultati di MEGII, che ha come obiettivo il raggiungimento di una sensibilità di $6 \times 10^{-14}$ acquisendo dati fino al 2026, sono in corso studi presso il PSI per aumentare l'intensità del fascio di muoni fino a $\mathcal{O}(10^{10})\mu$/s. In futuri esperimenti $\mu \rightarrow e \gamma$ ad alta intensità sarà necessario migliorare i componenti del rivelatore per sostenere l'alta frequenza di eventi. Un metodo alternativo per la ricostruzione del fotone potrebbe essere la sua conversione in una coppia $e^+e^-$, rivelando successivamente i leptoni emessi per misurarne l'energia e la direzione.
Per poter tracciare le coppie $e^+e^-$ è necessario un rivelatore leggero e compatto. Attualmente è in fase di studio una Time Projection Chamber (TPC) radiale con una lunghezza di deriva di circa 10 cm, una regione di amplificazione a Resistive Micro-Wells ($\mu$RWells) e una lettura del segnale con strip ortogonali. I $\mu$RWells sono micro-rivelatori a gas, caratterizzati da uno strato resistivo tra la regione di amplificazione e quella di lettura, che consente un corretto funzionamento in ambienti ad alta rate evitando la formazione di scariche permanenti.
Questo tipo di rivelatore è stato preso in considerazione anche da parte della collaborazione n_TOF, che sta lavorando a un esperimento volto a indagare l'esistenza di un nuovo bosone, chiamato X17, che potrebbe spiegare le anomalie osservate per la prima volta presso il laboratorio ATOMKI (Ungheria). Quattro TPC con lettura a strip saranno utilizzate per tracciare le coppie $e^+e^-$ generate dalle reazioni nucleari in esame.
Un prototipo del rivelatore con una lunghezza di deriva di 3 cm è stato caratterizzato in un test beam presso ATOMKI nel maggio 2024, mostrando una risoluzione spaziale di circa 800$\mu$m e una risoluzione angolare di circa 2°. Alcune criticità costruttive del rivelatore caratterizzato sono state evidenziate e sono state proposte idee per migliorare il modello e l'analisi dati. Ulteriori studi sono in corso e sono previsti test su prototipi migliorati.
