Study of the systematics on the precession frequency measurement at the Muon g-2 experiment at Fermilab

Il momento magnetico anomalo del muone a_mu = (g-2)/2 è una delle quantità conosciute con più precisione nella fisica, sia sperimentalmente che teoricamente. L'alto livello di accuratezza permette l'uso della misura di a_mu come test del Modello Standard (MS). In particolare, qualsiasi deviazione dal valore teorico del MS potrebbe essere dovuto a contributi fisici Oltre il Modello Standard (BSM). Il notevole risultato ottenuto dall'esperimento E821 nel 2001 presso BNL, con un valore misurato di a_mu = 11 659 208.0(6.3)x10^-10 e una precisione complessiva di 0.54 ppm, ci ha lasciati con una differenza di 3.4 sigma rispetto alla predizione del modello standard. Il nuovo esperimento Muon g-2 (E989) presso Fermilab (FNAL) mira a ridurre l'errore sperimentale di un fattore 4, con un obiettivo finale di 0.14 ppm, utilizzando lo stesso anello di accumulazione e migliorando le incertezze statistiche e sistematiche. In circa 2 anni di presa dati sarà raggiunto un numero di decadimenti di muone 21 volte maggiore rispetto a E821, ottenendo un'incertezza statistica di 0.1 ppm. Al momento di questa scrittura, l'esperimento è operativo e ha già collezionato due volte la statistica totale di E821. Molti miglioramenti riguardanti i rivelatori implicano una riduzione dell'errore sistematico da 180 ppb a 70 ppb per la misura di w_a, la frequenza di precessione anomala del muone. In particolare, il nuovo Sistema di Calibrazione Laser ridurrà l'errore sistematico dovuto alle fluttuazioni del guadagno dei fotomoltiplicatori al silicio (SiPM) da 120 ppb a 20 ppb. Questa tesi descrive l'esperimento e poi discute due analisi effettuate da me utilizzando il Sistema di Calibrazione Laser. La prima è una sincronizzazione dei 1296 rivelatori al livello del nanosecondo, descritta nel capitolo 5. La seconda è uno studio sulla risposta del guadagno dei rivelatori a segnali che sono distanti meno di 100 ns, oltre alla valutazione del suo effetto nella misura di w_a, descritto nel capitolo 6.