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Description
Il Future Circular Collider (FCC) è un futuro acceleratore progettato come possibile successore del Large Hadron Collider (LHC) presso il CERN, con gli scopi di studiare il Modello Standard con precisione senza precedenti e esplorare possibili segnali di nuova fisica. La prima fase FCC-ee, un collisore elettrone-positrone ad altissima luminosità, consentirà misure di precisione delle proprietà del bosone di Higgs, studi elettrodeboli al polo del bosone Z, misure accurate dei parametri di bosone W e quark top, e la ricerca diretta e indiretta di fenomeni oltre il Modello Standard.
In questo contesto, lo studio di tecnologie capaci di valorizzare appieno le potenzialità di tale acceleratore ha evidenziato la necessità di rivelatori ad alte prestazioni per il programma di fisica a FCC-ee.
Il rivelatore IDEA (Innovative Detector for Electron-positron Accelerators) è stato concepito proprio per rispondere a queste esigenze.
IDEA integra un calorimetro elettromagnetico a cristalli con un calorimetro adronico a fibre che sfrutta la tecnica innovativa del dual-readout, permettendo di migliorare significativamente la risoluzione energetica di adroni e jet grazie alla rivelazione simultanea di due segnali distinti: la luce di scintillazione e la radiazione Cherenkov. Lo sviluppo di tali calorimetri è uno degli obiettivi del piano ECFA di Detector R&D6.
Il lavoro presentato è incentrato sulla caratterizzazione dei cristalli per il calorimetro elettromagnetico di IDEA, con l’obiettivo di implementare una configurazione dual-readout basata su cristalli. L’attività combina analisi di dati sperimentali e studi di simulazione. Campagne di test beam svolte al CERN tra il 2024 e il 2025 hanno permesso di studiare la risposta dei cristalli letti da Silicon Photomultipliers (SiPM) con diverse configurazioni ottiche, analizzando la separazione tra contributi di scintillazione e Cherenkov, e la risposta energetica e angolare del rivelatore, ulteriori test beam sono previsti nel 2026. In parallelo, sono stati sviluppati modelli di simulazione della risposta dei fotosensori e simulazioni complete in Geant4 del setup sperimentale, utilizzate per confronti quantitativi con i dati e per l’estrazione dei parametri ottici, geometrici e di performance dei cristalli.
Come evoluzione del programma di ricerca, è in corso la progettazione e la realizzazione di un prototipo modulare di calorimetro elettromagnetico basato su una matrice di cristalli PWO con un core di BGO/BSO per testarne la risposta in termini di linearità, contenimento elettromagnetico e risoluzione energetica, contribuendo allo sviluppo del calorimetro dual-readout per FCC-ee.