Feasibility study of the MUonE experiment: reconstruction of the muon mean energy using the tracking system.

Il momento magnetico anomalo del muone rappresenta una discrepanza del Modello Standard, in quanto tra il suo valore sperimentale e la sua previsione teorica c’è una differenza di circa 3.5 sigma. L'obiettivo dell'esperimento MUonE è misurare il contributo adronico al momento magnetico anomalo del muone, utilizzando il fascio di muoni M2 del CERN a 150 GeV per produrre eventi di scattering elastico con gli elettroni a riposo di un bersaglio di Berillio. L'energia media dei muoni in ingresso è conosciuta con una precisione del 3.75%, secondo le caratteristiche del fascio M2. Per poter effettuare la misura richiesta, tuttavia, occorre una conoscenza dell'energia media dei muoni con una precisione dell'ordine del MeV. Per come è strutturato il rivelatore di MUonE, il sistema di tracciamento è l'unico strumento disponibile effettuare la misura. Per ottenere un valore opportunamente preciso dell'energia proponiamo l'utilizzo del metodo template. Consideriamo la condizione in cui gli angoli di uscita delle particelle dopo l'urto elastico siano uguali. Richiediamo, quindi, che gli angoli di uscita del muone e dell'elettrone siano compresi tra 2 e 3 mrad. Simuliamo poi la distribuzione dell'angolo medio. Questa distribuzione, ottenuta inizialmente considerando come energia del muone quella del fascio M2 (150 GeV), è poi confrontata con altre distribuzioni dell'angolo medio, corrispondenti a energie variabili in un intorno di 150 GeV, mediante un test di chi-quadro. Si ottiene così un insieme di valori di chi-quadro in funzione dell’energia iniziale del fascio per ogni campione. Eseguito un fit, si determina il valore dell'energia in corrispondenza del minimo chi-quadro che possiamo considerare come il valore più probabile per l’energia media del fascio di muoni del campione di riferimento. È stato possibile ottenere una precisione di misura dell'energia media del muone dell'ordine di 5 MeV per un fascio di 150 GeV.