Per le tesi specialistiche sono possibili periodi di trasferta a PSI.
Laurea Specialistica
Caratterizzazione della miscela della camera a deriva dell'esperimento MEG II (tesi hardware)
La miscela di MEG II è basata su elio e isobutano ma contiene anche additivi (ossigeno e alcool isopropilico) in piccole quantità che garantiscono la stabilità in operazione su fascio. La tesi consiste in una o più delle seguenti misure, volte alla caratterizzazione della miscela, non presente in letteratura:
- misura della velocità di deriva
- misura del coefficiente di attachment
- misura del guadagno
- misura dell'invecchiamento.
Le misure verranno effettuate utilizzando un laser o un tubo a raggi X (nel caso dell'ultima misura) come sorgente di ionizzazione e differenti prototipi di rivelatori a gas (Time Projection Chamber, singola cella di deriva).
Calibrazione della velocità di deriva per la camera a deriva dell'esperimento MEG II (tesi di analisi dati)
Variazioni dell'ordine del % della velocità di deriva degli elettroni verso l'anodo (delle celle) possono deteriorare significativamente la risoluzione spaziale della camera a deriva. In MEG II una piccola camera di monitoring, posta a valle della camera vera e propria, controlla nel tempo la stabilità del guadagno e della velocità di deriva prendendo dati utilizzando due sorgenti radioattive (55Fe, 90Sr) come sorgenti di ionizzazione. Il primo passo della tesi consiste nella determinazione delle variazioni temporali di velocità di deriva e del guadagno dall'analisi dei segnali della camera di monitoring. Il secondo passo consiste nello studiare variazioni temporali della risoluzione spaziale della camera principale e di cercare una correlazione temporale con le variazioni osservate dalla camera di monitoring. Infine, sulla base degli andamenti osservati si possono determinare delle correzioni da apportare alle tabelle tXY della camera a deriva. L'ultimo passo consiste nel valutare il miglioramento delle prestazioni ottenute su dati di decadimenti Michel dei muoni.
Miglioramento dell'algoritmo di tracciamento dei positroni dell'esperimento MEG II (tesi di analisi dati)
L'algoritmo di ricostruzione delle tracce dei positroni in MEG II è basato sul Kalman Filter, un algoritmo ricorsivo che valuta lo "stato" di un sistema dinamico, in questo caso posizione e impulso del positrone, a partire da una serie di misure soggette a rumore. Le misure sono gli "hit" misurati dalle cella della camera a deriva mentre il rumore è dovuto allo scattering Coulombiano multiplo e alle perdite di energie. Il Kalman filter assume una distribuzione Gaussiana della posizione aspettata di un hit in una data cella ma questa è una semplificazione della realtà. Esistono algoritmi migliori, come il Gaussian Sum Filter, dove si usa una somma di Gaussiane al posto di una Gaussiana singola.
La tesi consiste nell' implementazione del GSF nel codice di ricostruzione di MEG II
con la relativa ottimizzazione dei parametri. In una seconda fase, si deve valutare
il miglioramento ottenuto studiando la risoluzione in impulso e angoli su positroni da eventi simulati e dai dati (basandosi su positroni di Michel che compiono doppi giri nella camera a deriva).
Il gruppo MEG-Roma è coinvolto anche nella costruzione dell'esperimento muonEDM, che cerca il momento di dipolo elettrico del muone (un segnale diverso da zero sarebbe evidenza di nuova Fisica). Sono disponibili le seguenti tesi:
Misure del campo elettrico dell'esperimento muonEDM (tesi hardware)
L'esperimento muonEDM ha necessità di misurare il campo elettrico all'interno del magnete con estrema precisione. La tesi ha come obiettivo quello di sviluppare un sensore di campo elettrico basato sull' effetto Pockel, una birifrangenza indotta in un cristallo da campo elettrico. Sarà necessario realizzare un interferometro con una cella Pockel per poter verificare che si raggiunga una risoluzione sufficiente per misurare lo sfasamento tra due fasci che attraversano la cella, sotto campi elettrici con intensità nel range di interesse per l'esperimento.
Simulazioni della Time Projection Chamber per l'esperimento muonEDM (tesi di simulazione)
L'esperimento muonEDM utilizzerà una TPC (Time Projection Chamber) per misurare l'angolo e l'impulso di iniezione del muone. Affinche' il trapping del muone nel magnete del rivelatore sia garantito è necessaria una risoluzione del mrad e dello 0.5% in angolo e impulso rispettivamente.
L'obiettivo della tesi è quello di implementare una simulazione completa in Geant4 di una TPC nel setup sperimentale rilevante e contestualmente di ottimizzare il disegno in funzione delle risoluzioni ottenibili e dei constraints imposti dalla geometria dell'esperimento.
Caratterizzazione del rivelatore GridPix ad alta rate (tesi hardware)
Il rivelatore GridPix consente la lettura del segnale di rivelatori a gas con alta granularità e risoluzione. L'accoppiamento TPC (Time-Projection Chamber) - GridPix rappresenta una soluzione promettente per la rivelazione di positroni e muoni di impulsi dell'ordine di decine di MeV. L'obiettivo della tesi è di caratterizzare questo setup e in particolare l'efficienza ottenibile ad alte rate, tipiche di esperimenti a a fasci di alta intensità. La tesi consiste in misure di efficienza utilizzando un prototipo di TPC + GridPix con una sorgente di 55Fe ad alta intensità come sorgente di ionizzazione.
Caratterizzazione della Time Projection Chamber per l'esperimento muonEDM (tesi hardware, disponibile nella seconda meta' del 2024)
Conclusa la fase di ottimizzazione del disegno, la TPC per l'esperimento muonEDM verrà costruita. L'obiettivo della tesi è la fase di "commissioning" di questo rivelatore, ossia la determinazione del punto di lavoro e la caratterizzazione dei segnali con diverse sorgenti di ionizzazione (cosmici, laser...).
Il gruppo MEG-Roma è fa parte di un gruppo internazionale per lo studio di futuri esperimenti per la ricerca/misura del decadimento μ+->e+γ nel contesto di futuri fasci di muoni, estremamente intensi, che saranno disponibili alle principali facility attualmente operative (PSI, Fermilab). Sono disponibili le seguenti tesi:
Caratterizzazione di miscele innovative per futuri esperimenti con muoni (tesi hardware, disponibile a partire dalla seconda metà del 2024)
L'obiettivo della tesi è di proporre e caratterizzare miscele innovative di gas per futuri esperimenti con muoni. In particolare si vuole provare a sostituire l'isobutano, che favorisce l'invecchiamento, con gas differenti, che devono essere eco-friendly, vista la crescente attenzione alla sostenibilità anche nel settore degli esperimenti di fisica delle particelle agli acceleratori.
Alcune miscele potenzialmente adeguate sono state individuate e la tesi consiste nell’utilizzarle per effettuare misure simili a quelle descritte nelle tesi "Caratterizzazione della miscela della camera a deriva dell'esperimento MEG II".
Simulazione di un futuro esperimento per la ricerca di μ+->e+γ (tesi di simulazione)
L’obiettivo della tesi è lo sviluppo di alcune componenti di un programma di simulazione basato su Geant4 per un futuro esperimento per la ricerca di μ+->e
+γ, basato sul tracciamento di positroni tramite rivelatori al silicio e ricostruzione di fotoni tramite la loro conversione in coppie e+e-. In particolare sarà necessario sviluppare le parti di programma che descrivono la geometria dei rivelatori e la creazione dei segnali elettronici all’interno degli stessi.
Test di prototipi di TPC per il rivelatore di fotoni a conversione (tesi hardware)
La misura dell’energia dei fotoni emessi nei decadimenti del muone può essere effettuata in maniera estremamente precisa sfruttando la conversione degli stessi in coppie e+e- all’interno di sottili strati di materiale ad alta densità, e la misura di impulso di e+ ed e- all’interno di uno spettrometro magnetico. Per la ricostruzione delle coppie e+e- in futuri esperimenti per la ricerca di μ+->e+γ, si sta pensando alla realizzazione di una TPC letta da micro-pattern gaseous detectors di ultima generazione. La tesi consiste nella realizzazione e analisi di una serie di test preliminari, su un rivelatore avente caratteristiche simili, utilizzando raggi cosmici e potenzialmente anche fasci di particelle presso il Paul Scherrer Institut.
Laurea Triennale
Research of charged lepton flavor violation with charged muons
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