Feasibility study of the MUonE experiment: measuring the leading hadronic contribution to the muon g-2 via space-like data.

Esiste una discrepanza a livello di 3.5-4 sigma tra la previsione SM e la misura del g-2 del muone. L'errore teorico è dominato dai contributi adronici, in particolare quello al prim'ordine amu^HLO. Esso viene valutato in base alle misure di annichilazione e+e-. Si ritiene che questo metodo abbia raggiunto il suo limite di precisione. Alla precedente misura di BNL, si aggiungerà quella del nuovo esperimento in corso al Fermilab che prevede di ridurre l'errore sperimentale di un fattore 4. Affinché il confronto tra teoria ed esperimento rimanga solido ed affidabile, è necessario dunque ridurre l'errore della previsione SM dominato da quello su amu^HLO. La proposta MUonE ambisce alla misura di amu^HLO con metodo innovativo ed alternativo rispetto a quello tradizionale. Come proposto recentemente in letteratura, usando il processo di scattering elastico dei muoni M2 CERN di alta energia su elettroni a riposo, è possibile estrarre amu^HLO dalla misura del contributo adronico al running dell'accoppiamento elettromagnetico in canale t. E' possibile ottenere in due anni una precisione statistica dello 0.3% su amu^HLO per poter essere competitivi con il metodo tradizionale. La sfida è contenere i sistematici allo stesso livello di precisione. Il presente lavoro di tesi si è occupato dello studio di fattibilità di questa proposta. Si sono analizzati i dati di due test beam svolti al CERN nel 2017 e 2018 per lo studio del multiple scattering e degli eventi elastici mu-e. Si è sviluppato un modello parametrico della risposta di un modulo di rivelazione che ha consentito studi ad alta statistica ed una simulazione Monte Carlo GEANT4 per lo studio del fondo. Si è proposto un metodo per la valutazione degli errori sistematici di misura, che ha consentito di confermare quantitativamente le precedenti stime. I risultati della tesi sono stati oggetto di due pubblicazioni e sono parte della Letter of Intent della proposta MUonE recentemente presentata al SPSC.