Performance e upgrade dell'elettronica dei detector per il sistema di trigger muonico di ALICE

Questa tesi è stata sviluppata nell'ambito dell'esperimento ALICE, il cui principale scopo è lo studio del Quark Gluon Plasma (QGP). Le particelle contenenti quark pesanti ("open" heavy flavour e quarkonia) sono importanti sonde per lo studio del QGP, dal momento che la loro produzione e le distribuzioni cinematiche sono sensibili alle caratteristiche del mezzo caldo e denso formato in collisioni di ioni pesanti. Nello spettrometro per muoni di ALICE, particelle con open heavy flavour e stati di quarkonia vengono rivelati attraverso i loro decadimenti in muoni. Al fine di selezionare eventi che presentano muoni ad alto momento trasverso (pT) provenienti da heavy flavour e quarkonia, lo spettrometro è fornito di un sistema di trigger muonico, sviluppato per fornire un taglio in pT e garantire una precisa identificazione del corretto bunch crossing. Il sistema di trigger muonico è stato operativo per i primi tre anni di presa dati (dal marzo 2010 all'inizio del 2013) e continuerà il suo lavoro con la stessa configurazione dopo il primo shutdown di due anni. In questo periodo si effettuerà un upgrade di LHC al fine di raggiungere la massima energia possibile per la macchina. Durante un secondo lungo shutdown al momento previsto per il 2018, invece, LHC verrà ulteriormente migliorato per ottenere maggiori luminosità, ed anche i rivelatori del trigger muonico necessiteranno di interventi di upgrade. Il lavoro descritto all'interno della tesi si snoda su tre argomenti principali. Il primo soggetto è l'analisi delle performance delle RPC che compongono il sistema di trigger, durante i primi tre anni di utilizzo. Lo stato di salute dei rivelatori è stato verificato per mezzo dello studio del comportamento "dark", ossia in assenza di fascio; si sono monitorati la corrente assorbita dalle RPC e il tasso di conteggio misurato in assenza di fascio in LHC in funzione del tempo, per evidenziare eventuali effetti di invecchiamento. Si è inoltre misurata l'efficienza di tutti i rivelatori su base settimanale, al fine di testarne l'uniformità su tutti i piani di rivelazione e la stabilità nel tempo. Come secondo argomento viene presentato lo studio effettuato su una nuova elettronica di front-end per l'upgrade del trigger muonico. Dato l'incremento dei rate di conteggio dopo il secondo lungo shutdown, la collaborazione responsabile dello spettrometro per muoni ha stabilito di modificare le condizioni di lavoro delle RPC per ridurre la carica depositata nei detector dai segnali generati dalle particelle rivelate. Le elettroniche di front-end sono state modificate per renderle in grado di trattare segnali elettrici di ampiezza inferiore: questo implica l'introduzione di uno stadio di amplificazione nel front-end. Si sono eseguiti test sperimentali sul banco di test dell'INFN a Torino, equipaggiando alcune RPC con prototipi della nuova elettronica, con l'obiettivo di caratterizzare i nuovi circuiti e confrontarli con i front-end attualmente in uso. Infine, il terzo tema è il calcolo della luminosità integrata associata a campioni di dati selezionati dal trigger muonico, raccolti nel 2012, che saranno usati per la misura della sezione d'urto di produzione di J/ψ, ϒ e altre particelle contenenti heavy flavour a un'energia nel centro di massa pari a √s = 8 TeV. Sono state applicate numerose correzioni per tener conto del tempo morto del trigger e della contaminazione da collisioni beam-gas.