Calibration of switched capacitor arrays for time measurements with picosecond resolution for the LHCb upgrade II

L’esperimento LHCb ha lo scopo di ricercare fisica oltre il Modello Standard tramite misure di precisione nell’ambito della fisica del sapore, in particolare nel settore degli adroni contenenti quark beauty e charm. Fino ad ora l’esperimento ha ottenuto grandi risultati ma senza evidenziare discostamenti rilevanti rispetto alle previsioni del Modello Standard. Al fine di portare la precisione delle misure al loro limite estremo, negli ultimi anni si sta discutendo la possibilità di un ulteriore aggiornamento dell'esperimento che lo renda in grado di operare a una luminosità istantanea circa un fattore 30 maggiore rispetto alla versione originale. Una delle sfide che tali condizioni impongono è quella di distinguere l'elevato numero di interazioni primarie in un evento. Una delle chiavi di volta per la risoluzione di tale problema è quella di dotare i rivelatori della capacità di misurare il tempo di arrivo delle particelle con precisioni dell'ordine di poche decine di picosecondi. Tali precisioni temporali richiedono l'utilizzo di schede di acquisizione capaci di contribuire alla risoluzione temporale totale per non più di pochi picosecondi. Molto convincenti in questa direzione sono le schede basate su SCA (Switched Capacitor Array), di cui il chip DRS4 è un esempio, che permettono di raggiungere le precisioni richieste a fronte di costi ridotti. L’obiettivo di questa tesi è di descrivere il metodo di calibrazione di una specifica scheda, la V1742, progettata e realizzata da CAEN, e di valutarne il contributo alla risoluzione temporale totale dell'apparato sperimentale. Per farlo viene implementato un metodo di calibrazione proposto da S.Ritt `et al.`. Dopo aver applicato la calibrazione, le prestazioni della scheda sono state misurate ottenendo ottimi risultati e raggiungendo una precisione di circa 2.5 ps, che rappresenta un miglioramento di un intero ordine di grandezza rispetto all'utilizzo della scheda non calibrata.