studio degli stati di charmonio nel decadimento dei mesoni b in babar

Universitá degli studi di Ferrara 

Facoltá di Scienze Matematiche Fisiche Naturali 

Corso di Laurea Specialistica in Fisica 

STUDIO DEGLI STATI DI CHARMONIO NEL 

DECADIMENTO DEI MESONI B IN BABAR 

Relatore:Dott. Diego Bettoni 

Correlatore:Dott. Matteo Negrini 

Anno Accademico 2006 - 2007 

Laureando:Mauro Munerato

A mio nonno Danillo 

Alla mia famiglia

Indice 

Introduzione 6 

1 Charmonio 8 

1.1 Potenziale non relativistico di interazione fra quark . . . . . . . . . . . . 11 

1.2 Meccanismi di produzione del charmonio . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 

1.2.1 Annichilazione pp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 

1.2.2 Collisione e + − e − . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 

1.2.3 Fusione γγ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 

1.2.4 Decadimento dei mesoni B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 

1.2.5 Initial State Radiation (ISR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 

1.3 Spettroscopia del Charmonio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 

1.3.1 Stati sotto soglia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 

1.3.2 Stati sopra soglia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 

1.4 Nuovi stati sopra soglia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 

1.4.1 X(3872) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 

1.4.2 Z(3930) o χc2(2P ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 

1.4.3 Y(3940) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 

1.4.4 X(3940) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 

1.4.5 Y(4260) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 

1.5 Conclusioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4 INDICE 

2 L’esperimento BaBar ed il suo upgrade 33 

2.1 Il rivelatore BaBar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 

2.2 IFR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 

2.2.1 Resistive Plate Chamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 

2.2.2 Calo di efficienza e sostituzione degli RPC . . . . . . . . . . . . 39 

3 Progetto LST 41 

3.1 Parametri di un LST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 

3.2 Funzionamento di un LST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 

3.3 LST in altri esperimenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 

3.4 Ricerca e sviluppo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 

3.5 Progetto Finale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 

3.6 Controlli di qualitá effettuati durante la produzione . . . . . . . . . . . . 52 

3.6.1 Ispezione meccanica dei componenti . . . . . . . . . . . . . . . . 53 

3.6.2 Misure della resistivitá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 

3.6.3 Controllo del filo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 

3.6.4 Perdite di gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 

3.6.5 Condizionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 

3.6.6 Plateau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 

3.6.7 Scan con sorgente radioattiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 

3.6.8 Test di lungo termine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 

3.6.9 QC presso le universitá di Ohio e Princeton . . . . . . . . . . . . 61 

3.6.10 QC allo Stanford Linear Accelerator Center . . . . . . . . . . . . 62 

4 Installazione degli LST nell’IFR 64 

4.1 Controllo dello stato degli LST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 

4.2 Test del plateau con raggi cosmici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 

4.2.1 Canali morti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 

4.2.2 Canali overcounting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 

4.2.3 Assenza di plateau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 

4.3 Test effettuati per recuperare i moduli con anomalie . . . . . . . . . . . . 69

INDICE 5 

4.3.1 Verifica dell’integritá dei cavi di segnale e della tensione . . . . . 70 

4.3.2 Recupero con il test del conditioning . . . . . . . . . . . . . . . . 70 

4.3.3 HV negativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 

4.4 Tests pre-inserimento moduli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 

4.4.1 Controllo resistenza nelle “transition board” . . . . . . . . . . . . 71 

4.4.2 Plateau di tre punti: 5200V - 5500V - 5800V . . . . . . . . . . . 72 

4.4.3 Verifica connettori HV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 

4.5 Tests post-inserimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 

4.5.1 Test con l’impulsatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 

4.5.2 Accensione tensione e verifica delle correnti . . . . . . . . . . . . 76 

4.5.3 Run di test con cosmici e verifica dei conteggi di ogni canale . . . 76 

4.5.4 Plateau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 

4.5.5 Monitoraggio delle correnti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 

4.5.6 Verifiche finali eseguite dopo l’installazione . . . . . . . . . . . . 77 

5 Analisi 84 

5.1 Simulazione Monte Carlo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 

5.1.1 Fondo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 

5.2 Ricostruzione dei B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 

5.2.1 Variabili discriminanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 

5.2.2 Scelta e studio delle variabili discriminanti . . . . . . . . . . . . 90 

5.3 Fit di Mes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 

5.4 Risultati ottenuti e sviluppi futuri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 

Ringraziamenti 111 

Bibliografia 120

Introduzione 

L’esperimento BaBar é in presa dati allo Stanford Linear Accelerator Center, SLAC, 

in California. A causa del malfunzionamento di alcune componenti del rivelatore (le Re- 

sistive Plate Chambers, RPC) si è resa necessaria la loro sostituzione. Gli RPC sono 

stati sostituiti con un differente rivelatore (tubo a streamer limitato, LST), già utilizzato 

in altri esperimenti, in due fasi: la prima fase é avvenuta con l’installazione dei sestanti 1 

e 4 nel 2004, la secondo fase, svoltasi nel 2006, con i rimanenti sestanti. L’installazione 

di tali rivelatori nell’IFR (Instrumented Flux Return) di BaBar, puó dare ulteriori contri- 

buti al rilevamento di nuovi di tipi di decadimenti dei mesoni B, permettendo studi anche 

sui nuovi possibili stati del charmonio, la cui natura non é ancora del tutto chiare richiede 

per questo approfondite analisi. La presente tesi é pertanto suddivisa nei seguenti capitoli: 

-Capitolo 1: Introduzione al charmonio, con descrizione di tutte le sue caratteristiche, 

dei suoi stati e presentazione dei nuovi stati sopra soglia DD. 

-Capitolo 2: Presentazione dell’esperimento BaBar in tutte le sue componenti e dell’- 

upgrade avvenuto. 

-Capitolo 3: Descrizione del funzionamento del nuovo rivelatore installato, delle fasi 

che hanno portato alla scelta di tale tubo a streamer limitato, con particolare attenzione ai 

controlli di qualitá effettuati dopo la produzione. 

-Capitolo 4: Illustrazione dei test effettuati nell’installazione, con particolare attenzio-

INTRODUZIONE 7 

ne a quelli precedenti e successivi all’inserimento dei moduli nell’IFR. 

-Capitolo 5: Studio di fattibilitá di un possibile decadimento dei mesoni B. 

-Capitolo 6: Conclusioni.

Capitolo 1 

Charmonio 

Il charmonio é uno stato legato di un quark c (charm) e del suo antiquark c, scoper- 

to nel 1974 nei due laboratori americani di SLAC (Stanford Linear Accelerator Center)e 

Brookhaven, che osservarono una nuova particella con una massa di circa 3.1 GeV/c 2 . 

Questa nuova particella venne chiamata ψ a SLAC e J a Brookhaven. Le reazioni studia- 

te nei due centri di ricerca erano diverse, infatti mentre nel primo si studiavano collisio- 

ni elettrone-positrone, nel secondo un fascio di protoni collideva contro un bersaglio di 

Berillio. In particolare le reazioni erano le seguenti: 

SLAC: 

BNL: 

e + e − → ψ → adroni 

e + e − → ψ → e + e − 

e + e − → ψ → µ + µ − 

p + Be → J + altro con J → e + e − 

(1.1) 

(1.2)

Charmonio 9 

Figura 1.1: Segnale visto a SLAC.

10 Charmonio 

Figura 1.2: Segnale visto a Brookhaven.

Charmonio 11 

In Fig. 1.1 si nota il segnale di una risonanza a 3.1 GeV/c 2 ottenuto studiando le tre 

reazioni descritte precedentemente (eq. 1.1). Nella Fig. 1.2, invece si nota il segnale di 

Brookhaven nella collisione protone-Berillio. 

La caratteristica fondamentale di questo nuovo stato é il piccolissimo valore della 

larghezza totale Γ (Γ(J/ψ = 91.0±3.2)KeV ), che ne rende impossibile l’interpretazione 

in termini di quark leggeri u,d,s 1 . L’ attuale misura della massa della J/ψ é di (3096.000± 

0.011)MeV/c 2 . 

L’importanza dello studio del charmonio, risiede nel fatto che é un potente mezzo per 

comprendere le interazioni forti: poiché la massa del quark c é sufficientemente elevata 

(mc ≈ 1.5GeV/c 2 ), é possibile descrivere le proprietá dinamiche del sistema cc in ter- 

mini di modelli di potenziale non relativistici, la cui forma riproduca bene le proprietá 

dell’interazione forte. 

1.1 Potenziale non relativistico di interazione fra quark 

Il potenziale non relativistico di interazione fra quark, in particolare fra una coppia 

di qq, prende spunto dal positronio. In QCD (Quantum Chromo Dynamics) il mediatore 

delle interazione forti é il gluone, che analogamente al fotone é una particella vettoriale 

di massa nulla, peró, a differenza del fotone che non possiede carica elettrica, il gluone 

porta carica di colore. Tale proprietá produce un effetto di schermatura opposto alla 

QED, per cui l’andamento di αs, costante di interazione forte, é rappresentato in Fig. 1.3. 

La forma del potenziale é scelta in maniera tale da riprodurre la libertá asintotica a 

distanze molto piccole, ed il confinamento a grandi distanze. Una possibile scelta é il 

potenziale di Cornell: 

V (r) = − 4 αs 

+ kr (1.3) 

3 r 

illustrato in Fig. 1.4. A piccole distanze domina il termine coulombiano ed αs é picco- 

lo (libertá asintotica); a grandi distanze domina il termine lineare e si ha il confinamento. 

1 Si notó che confrontandola con gli altri stati vettoriali composti dai quark u,d,s, la sua larghezza era 

nettamente inferiore, da cui, visto che la larghezza é inversamente proporzionale alla vita media, piíl valore 

di τ é piccolo piú la larghezza ha un valore elevato.

12 Charmonio 

Figura 1.3: Andamento di αs in funzione della distanza. 

Figura 1.4: Potenziale non relativistico di interazione fra quark.

Charmonio 13 

L’andamento di αs in funzione dell’energia µ é: 

αs(µ) = 

4π 

(11 − 2/3nf) ln( µ2 

Λ 2 ) 

dove nf indica in numero di flavour e Λ ≈ 0.2GeV é il parametro di scala per la QCD. 

1.2 Meccanismi di produzione del charmonio 

(1.4) 

Il charmonio puó essere prodotto in differenti modi: annichilazione protone-antiprotone, 

collisione elettrone-positrone, fusione γ − γ, decadimento dei mesoni B e collisione 

elettrone-positrone con emissone di una γISR. 

1.2.1 Annichilazione pp 

L’annichilazione dei 3 quark e 3 antiquark in due o tre gluoni, permette la formazione 

diretta di stati con tutti i numeri quantici (Fig. 1.5). La misura di masse e larghezze, é 

molto accurata in quanto dipende solo dai parametri del fascio e non dalla risoluzione 

dell’esperimento. 

Figura 1.5: Meccanismo di produzione del charmonio nella annichilazione pp

14 Charmonio 

1.2.2 Collisione e + − e − 

In questa annichilazione (Fig. 1.6), la formazione diretta del charmonio é possibile 

solo per gli stati con i numeri quantici del fotone J P C = 1 −− , per esempio per le particelle 

J/ψ, ψ ′ e ψ(3770). Tutti gli altri stati possono essere prodotti con decadimenti radiativi 

dello stato vettoriale. É importante sottolineare che per gli stati non vettoriali la precisione 

nella misura di masse e larghezze é limitata dalla risoluzione dell’esperimento. 

Figura 1.6: Meccanismo di produzione del charmonio nella annichilazione e + e − 

1.2.3 Fusione γγ 

Gli stati con J pari, possono essere prodotti nella collisione ad alte energie e + e − , at- 

traverso la fusione γγ (Fig 1.7). Vi sono alcune limitazioni in tale processo, quali la 

conoscenza dei branching ratios dei decadimenti adronici, utilizzati per identificare il 

charmonio, ed i fattori di forma, necessari a ricavare le larghezze parziali dello stato γγ. 

1.2.4 Decadimento dei mesoni B 

Gli stati di charmonio, prodotti alle B-factories, sono il risultato dei decadimenti dei 

mesoni B (Fig. 1.8), che decadendo, rendono possibile la formazione di stati con tutti i 

possibili numeri quantici. La scoperta, come si vedrá successivamente, della η ′ c e della 

X(3872), evidenzia come le B-factories possano essere un utilissimo strumento per lo 

studio del charmonio.

Charmonio 15 

Figura 1.7: Meccanismo di produzione del charmonio nella collisione γγ. 

Figura 1.8: Meccanismo di produzione del charmonio nel decadimento dei mesoni B.

16 Charmonio 

1.2.5 Initial State Radiation (ISR) 

In questo processo (Fig. 1.9), l’elettrone o il positrone irraggiano un fotone prima 

dell’annichilazione, che avviene quindi ad un valore minore dell’energia nel centro di 

massa. 

Come nella formazione diretta, solo gli stati con J P C = 1 −− possono essere formati 

in ISR. Tramite questo processo possono essere scoperti nuovi stati vettoriali ed é utile 

per misurare il rapporto R = σ(e + e − → hadrons)/σ(e + e − → µ + µ − ). 

Figura 1.9: Meccanismo di produzione del charmonio atteaverso il processo ISR.

Charmonio 17 

1.3 Spettroscopia del Charmonio 

Figura 1.10: Spettroscopia del charmonio 

Lo spettro degli stati del charmonio é rappresentato in Fig. 1.10. Esso consiste di 8 

stati sotto la soglia DD(3.73 GeV/c 2 ), evidenziata dalla linea trateggiata, e di parecchi 

stati sopra soglia. Gli stati sotto soglia sono stretti perché i loro decadimenti adronici av- 

vengono tramite l’annichilazione del c e del c in due o tre gluoni e sono dunque soppressi 

dalla regola OZI 2 . Tutti gli stati sotto soglia sono stati osservati, ma per alcuni di essi la 

precisione nella misura di massa e larghezza é ancora insoddisfacente. 

2 I decadimenti rappresentati da diagrammi con linee sconnesse di quark sono soppressi.

18 Charmonio 

1.3.1 Stati sotto soglia 

Jψ − ψ ′ 

Misurate accuratamente in un primo tempo nell’annichilazione e + e − , sono state con- 

fermate nell’annichilazione pp da E760 al Fermilab, dandone una misura diretta della 

larghezza totale. Sono rispettivamente gli stati 1 3 S1 e 2 3 S1 ed hanno una massa pari a 

3.096 GeV/c 2 e 3.686 GeV/c 2 . 

χcJ 

Scoperti nella collisione elettrone-positrone, che ne misurarono le larghezze nei deca- 

dimenti radiativi, ne furono misurate accuratamente massa e larghezze negli esperimenti 

pp. 

ηc 

Stato fondamentale del charmonio (1 1 S0), con una massa pari a 2.980GeV/c 2 (Ref. 

[1]), non puó essere prodotto direttamente in annichilazione e + e − , al contrario in pp é 

possibile, ma é il risultato di decadimenti radiativi,fusione fotone-fotone, decadimenti di 

mesoni B. È possibile osservare il decadimento della ηc → γγ. L’errore sulla misura della 

massa é ancora maggiore di 1 MeV e le misure delle larghezze hanno valori discordanti. 

η ′ c 

L’η ′ c, stato 2 1 S0 del charmonio, ha secondo previsioni teoriche, una massa compresa 

tra 3.57 GeV/c 2 e 3.67 GeV/c 2 ed i suoi decadimenti sono simili a quelli dell’ηc. Questa 

particella é stata cercata da diversi esperimenti tra cui, Crystal Ball, E760,E835,CLEO, 

DELPHI. Fu scoperta nel 2002 da Belle che ne misuró per primo la massa,((3654 ± 

6) MeV/c2 )( Ref. [2]), studiando il decadimento B → K(KSKπ)η ′ . Il valore attuale 

c 

é M(η ′ c) = (3638 ± 4)MeV/c2 ( Ref. [1]). Questo stato richiede ancora misurazioni 

accurate di massa e larghezze.

Charmonio 19 

hc 

Figura 1.11: Stato η ′ c visto da Belle. 

La misura dei parametri di questa particella é di estrema importanza per risolvere al- 

cuni problemi quali la parte dipendente dallo spin del potenziale di interazione fra quark 3 . 

La sua massa si aspetta sia, entro alcuni MeV, prossima alla media di massa degli stati χ 

fissata attorno ai 3.25GeV/c 2 . Gli esperimenti che hanno studiato tale particella sono i 

seguenti: 

E760 Studiando pp → hc → J/ψ + π 0 ⇒ trovó una massa di 3526 MeV/c 2 e, poiché 

non vi era molta statistica, non riuscì a determinarne la larghezza( Ref. [3]). 

E835 Il decadimento studiato, trovato e pubblicato é in hc → ηcγ → γγγ( Ref. [4]), ma 

non ha ancora confermato il segnale in J/ψπ 0 visto da E760. 

CLEO Ha visto questa particella studiando il decadimento ψ(2S) → π 0 hc con hc → γηc 

(Ref. [5, 6]). La massa trovata é (3524 ± 1)MeV/c 2 . 

3 Perché studiando tale stato di singoletto e gli stati di tripletto χc, riesco a comprenderne le differenze e 

quindi capire il comportamento della parte dipendente dallo spin del potenziale di interazione.

20 Charmonio 

BaBar Pose un limite superiore ai branching ratios: 

B(B − → hc + K − ) · B(hc → J/ψ + π + + π − ) < 3.4 · 10 −6 

Belle Ha cercato questo stato nel decadimento della B ± → hcK ± , dando anch’esso peró 

un limite superiore al branching ratio B(B ± → hcK ± ) < 3.8 · 10 −5 e B(hc → 

γηc) = 0.5 (Ref. [9]). 

Questa particella richiede una misura della sua larghezza e la necessitá di essere 

confermata. 

1.3.2 Stati sopra soglia 

Figura 1.12: hc vista da E760 

Innanzitutto premettiano che i mesoni D sono il prodotto di un accoppiamento di un 

quark c con un quark leggero u, d, s. La regione oltre i 3.73 GeV, ovvero la soglia DD, é 

poco conosciuta ed é molto ricca di nuova fisica, in quanto ci si aspetta la presenza delle 

altre eccitazioni radiali delle particelle (es. ψ(3S), ψ(4S), ...., 2P, 3P, ...., strutture viste 

nel rapporto R, stati D, 3 D2, 1 D2, stretti in quanto il decadimento in DD é soppresso). 

R. 

In Fig. 1.13 sono evidenziate le strutture sopra soglia osservate studiando il rapporto

Charmonio 21 

Figura 1.13: Stati del charmonio sopra la soglia.

22 Charmonio 

ψ(3770) 

Questo stato puó essere espresso come una combinazione lineare di stati D ed S: 

|ψ(3770)〉 = c1|1 3 D1〉 + c2|n 3 S1〉 (1.5) 

dove c1 ≫ c2. Questo é prodotto nella collisione e + e − come una risonanza larga, dovuto 

al fatto che decade in DD, di circa 23 MeV. 

CLEO e BES hanno cercato di misurarne la larghezza leptonica dando come risultato, 

il primo Γee = 0.204 KeV , il secondo Γee = 0.279keV (BES-II), ottenendo così una 

miglior misura dell’angolo di mixing (Ref. [10, 11]). 

ψ(4040) 

ψ ′′ = cos φ|1 3 D1〉 + sin φ|2 3 S1〉 con φ = (12 ± 2) ◦ 

La prima misurazione in massa risalente al 2004, dava come risultato (4040±10)MeV/c 2 , 

per poi ottenere nel 2006 (4039 ± 1)MeV/c 2 , con una larghezza pari a (52 ± 10)MeV/c 2 

(Ref. [12]). 

ψ(4160) 

La prima misura di massa fu di (4153±3)MeV/c 2 , per poi avere (4159±20)MeV/c 2 , 

con una larghezza di (78 ± 20)MeV/c 2 (Ref. [13]). 

È importante evidenziare che tale particella, come pure ψ(4040), dovrebbe decadere 

in γχ ′ c,0,1,2. 

1.4 Nuovi stati sopra soglia 

Molte particelle sono state osservate oltre la soglia DD, principalmente alle B-factories, 

ma anche al TeVatron (Fermilab) e a CLEO (Cornell); mentre alcune di esse sembrano 

poter appartenere alla spettroscopia del charmonio, altre sembrano non esserlo.

Charmonio 23 

L’interpretazione di questi stati non é ancora certa e quelli che andremo a presentare 

saranno: X(3872),Z(3930),Y(3940),X(3940),Y(4260). 

1.4.1 X(3872) 

Questa particella, scoperta da Belle (Fig. 1.14) (Ref. [14]) nei decadimenti del mesone 

B e successivamente confermata da BaBar (Fig. 1.15) (Ref. [17]) e da CDF (Fig. 1.16) 

(Ref. [16]) nelle produzioni adroniche, é uno stato stretto di massa (3871.2±0.5)MeV/c 2 

(Ref. [12]), con una larghezza minore di 2.3MeV (Ref. [14]), visto per la prima volta nel 

decadimento B ± → K ± J/ψπ + π − , come picco nella distribuzione di massa invariante 

J/ψπ + π − . 

Nella tabella 1.2 é possibile notare i branching ratios della particella in questione. 

Figura 1.14: X(3872) vista da Belle. 

Elenchiamo qui di seguito le principali proprietá di tale particella: 

massa la sua massa é vicina alla soglia D 0 D ∗0 (3871 MeV/c 2 );

24 Charmonio 

Figura 1.15: X(3872) vista da BaBar.

Charmonio 25 

Figura 1.16: X(3872) vista da CDF.

26 Charmonio 

final state X(3872) brancing fraction 

π + π−J/ψ (11.6 ± 1.9) × 10−6 /BB + →X(3872)K +(> 10σ) 

π + π 0 J/ψ not seen 

γχc1 

< 0.9 × Bπ + π − J/ψ 

γJ/ψ (3.3 ± 1.0 ± 0.3) × 10−6 /BB + →X(3872)K +(> 4σ) 

(0.14 ± 0.05) × BX(3872)→π + π − J/ψ(> 4.0σ) 

ηJ/ψ < 7.7 × 10 −6 /BB + →X(3872)K + 

π + π − π 0 J/ψ 1.0 ± 0.4 ± 0.3) × BX(3872)→π + π − J/ψ (4.3σ) 

D 0 D 0 < 6 × 10 −5 /BB + →X(3872)K + 

D + D − < 4 × 10 −5 /BB + →X(3872)K + 

D 0 D 0 π 0 < 6 × 10 −5 /BB + →X(3872)K + 

larghezza stato molto stretto; 

(12.3 ± 3.1 +2.3 

−3.0) × 10−5/BB + →X(3872)K + (6.4σ) 

Tabella 1.1: Branching ratios di X(3872). 

decadimenti in D 0 D 0 π 0 (Ref. [34]), che ha un rate di decadimento di un ordine di 

grandezza maggiore di J/ψπ + π − , decadimento simile a π + π − π 0 J/ψ. La massa del 

sistema ππ é piccata alla massa della ρ. Si noti che il decadimento della X(3872) 

in ρJ/ψ sarebbe soppresso per violazione dell’isopsin e non sarebbe compatibile 

con il decadimento in 3π. Si potrebbe allora ipotizzare un decadimento in J/ψω, 

con un leggero ω − ρ mixing (dovuto al fatto che deve soddisfare le due evidenze 

fenomenologiche: la massa dei π picca alla massa della ρ ed il decadimento in 3π 

Ref. [30]), quindi nel caso in cui decada in J/ψω sarebbe interpretato come uno 

stato isoscalare. 

paritá Poiché X(3872) é oltre la soglia DD, ma é più stretto della risoluzione sperimen- 

tale, si suppone un innaturale J P = 0 − , 1 + , 2 − . Belle e BaBar hanno osservato il 

decadimento in J/ψγ, che, insieme allo studio della distribuzione angolare, fisse- 

rebbe i numeri quantici J P C = 1 ++ (incompatibile con l’ipotesi che sia uno stato

Charmonio 27 

di charmonio, in quanto potrebbe essere uno stato χ ′ o χ ′′ , ma il valore della sua 

massa é troppo poco elevato) . 

Le possibili interpretazioni sono allora: 

Molecola D 0 D 0∗ perché decade in DD 0 π 0 , e potrebbe confermare la innaturale paritá 

(Ref. [30]); 

Stato di tetraquark sarebbe uno stato cc − qq con interazione cromomagnetica. Do- 

vrebbe esserci di conseguenza uno splitting di 7MeV/c 2 tra i due livelli cc − dd e 

cc − uu. 

1.4.2 Z(3930) o χc2(2P ) 

L’esperimento Belle esaminando la distribuzione della massa invariante DD nella fu- 

sione γγ, trovó un picco a (3929 ± 5)MeV/c 2 ed una larghezza di (29 ± 10)MeV (Ref. 

[18]). Il decadimento in DD esclude che possa essere ηc(3S), per paritá. La distribuzione 

in θ ∗ , dove θ ∗ é l’angolo tra il mesone D e l’asse del fascio nel centro di massa di γγ, 

risulta essere proporzionale a (proporzionale a sin 4 θ ∗ ), da cui si deduce che J=2. 

BaBar ha cercato la Z(3930) nei decadimenti del mesone B tramite il processo B → 

Z + K, Z → J/ψγ (Ref. [19]). Non avendo osservato alcun evento impose 

B(B → Z(3930) + K) × B(Z(3930) → γJ/ψ) < 2.5 × 10 −6 

Le proprietá di Z(3930) sono consistenti con quelle di χ ′ c2, stato 2 3 P2(cc): questa identi- 

ficazione potrebbe essere confermata dall’osservazione di decadimenti in DD ∗ . 

1.4.3 Y(3940) 

Anche questo stato é stato osservato da Belle nel sistema ωJ/ψ prodotto nel de- 

cadimento B → KωJ/ψ (Ref. [20]), con ω che decade in π + π − π 0 : la sua massa é 

3943 ± 11)MeV/c 2 con una larghezza Γ = (87 ± 22)MeV (Ref. [20]).

28 Charmonio 

Tali parametri suggeriscono che possa essere uno stato χc, ed il branching ratio del 

decadimento in ωJ/ψ dovrebbe essere (Ref. [7]) 

B(Y → ωJ/ψ) > 17% (1.6) 

Questo decadimento é inusuale e potrebbe essere spiegato considerando il riscattering tra 

DD ∗ , prodotto dalla χ ′ c2 che decade in ωJ/ψ. 

1.4.4 X(3940) 

Figura 1.17: Y(3940) vista da Belle. 

Belle studiando e + e − → J/ψ + X vicino all’energia della Υ(4S) (Ref. [21]), ha 

osservato gli stati ηc, χc0, ηc(2S) ed uno stato ad alta energia battezzato X(3940).

Charmonio 29 

Analizzando successivamente la massa di rinculo, nei casi DD ∗ e DD, é stato visto 

un picco nel primo caso ma non nel secondo, con una massa pari a 3943MeV/c 2 ed una 

larghezza minore di 52MeV (Ref. [21]). 

Figura 1.18: X(3940) vista da Belle. 

Come é possibile notare in Fig. 1.18, viene naturale interpretarlo come l’η ′′ 

c . Il suo 

decadimento in DD ∗ , implicherebbe una innaturale paritá con una larghezza pari a 50 

MeV. 

Mass 3936 ± 14 ± 6 MeV (incl.) 

3943 ± 6 ± 6 MeV (DD ∗ ) 

Total widht < 52MeV 

B(X(3940) → DD ∗ ) (96 +45 

−32 ± 22)% 

> 45% (90%C.L.) 

B(X(3940) → DD) < 41% (90%C.L.) 

B(X(3940) → ωJ/ψ) < 26% (90%C.L.) 

Tabella 1.2: Branching ratios di X(3940).

30 Charmonio 

1.4.5 Y(4260) 

BaBar ha recentemente scoperto questo stato, come un picco nel sottosistema J/ψππ 

nella reazione e + e − → γISRJ/ψππ (Ref. [22]). Il fatto che sia prodotto in ISR implica 

che i suoi numeri quantici siano gli stessi del fotone, ossia J P C = 1 −− . 

Lo stesso stato é stato osservato nel decadimento del mesone B: B ± → K ± π + π − J/ψ. 

Questo ha permesso di valutare il prodotto B(B − → K − Y (4260)B(Y (4260) → π + π − J/ψ) ≈ 

2 × 10 −5 (Ref. [22]). 

Questa particella é stata osservata anche da Belle (Ref. [25]) e CLEO (Ref. [23, 24]), 

che ne ha visto il decadimento in π + π − J/ψ, π 0 π 0 J/ψ, K + K − J/ψ. 

Figura 1.19: Y(4260) vista da BaBar e CLEO.

Charmonio 31 

Figura 1.20: Y(4260) vista da Belle. 

Collab. Mass Γ Γee × B(Y (4260) → π + π − J/ψ) 

(MeV/c 2 ) (MeV/c 2 ) (eV ) 

BaBar 4259 ± 8 +2 

−6 

88 ± 23 +6 

−4 

5.5 ± 1.0 +0.8 

−0.7 

Cleo 4259 +17 

−16 ± 4 73 +39 

−25 ± 5 8.9 +3.9 

−3.1 ± 1.8 

Belle 4295 ± 10 +10 

−3 133 ± 26 +13 

−6 

8.7 ± 1.1 +0.3 

−0.9 

Average 4274 ± 12 102 ± 17 7.1 ± 1.1 

S-factor 2.0 1.1 1.2 

Tabella 1.3: Parametri di Y(4260) osservati in differenti esperimenti.

32 Charmonio 

Nella tabella 1.3, sono riportate le misure dei parametri della Y(4260). Le misure sono 

compatibili entro gli errori e le possibili intepretazioni di tale particella sono: 

1. stato ψ(4S) ( Ref. [26]), vista la mancanza di stati vettoriali con cui identificare 

tale particella; 

2. cc ibrido ( Ref. [27, 28]): se fosse un ibrido dovrebbe decadere principalmente in 

DD1, la cui massa é di 4287 MeV/c 2 . Se Y(4260) fosse un ibrido ci si aspetterebbe 

che fosse membro di un multipletto di 8 stati con massa compresa tra 4.0 e 5.0 GeV. 

La Lattice Gauge Theory afferma che si dovrebbero trovare anche altri decadimenti 

per J P C = 1 −− , del tipo J/ψη, J/ψη ′ , χcJω ( Ref. [29]). 

1.5 Conclusioni 

Le considerazioni di questo capitolo evidenziano la necessitá di effettuare ulteriori mi- 

sure per chiarire la natura degli stati scoperti recentemente sopra la soglia DD e stabilirne 

l’eventuale interpretazione come stati di charmonio. 

Questa tesi ha lo scopo di porre delle basi per un possibile studio sul decadimento 

della Y(4260) in J/ψK + K − .

Capitolo 2 

L’esperimento BaBar ed il suo upgrade 

2.1 Il rivelatore BaBar 

Il rivelatore BaBar, installato su un collider asimmetrico di elettroni e positroni, de- 

nominato PEPII, ha lo scopo di studiare i decadimenti dei mesoni B in corrispondenza 

della soglia di produzione di risonanza Υ(4S) con una energia di 10.58 GeV nel centro di 

massa. Il tipico prodotto di decadimento di tale risonanza é una coppia B ¯ B, in particolare 

B + B − oppure B 0 ¯ B 0 (circa un evento al secondo, e percorre una distanza di circa). Dato 

che la massa di Υ(4S) é di poco superiore alla somma delle masse dei B, se consideriamo 

il sistema di riferimento in cui la Υ(4S) é a riposo, vi é l’emissione dei due mesoni con 

un impulso di circa 340 MeV/c. A tale energia il fattore relativistico β vale 0.06, che é 

sufficientemente basso da poter considerare i mesoni B come prodotti a riposo nel sistema 

di riferimento del centro di massa. 

Per poter studiare questo decadimento il rivelatore é suddiviso in componenti, ognuna 

delle quali ha un preciso compito. Si elenca qui di seguito una loro breve descrizione: 

Silicon Vertex Tracker : é situato nell’immediato intorno della regione di interazione ed 

ha la funzione di misurare le posizioni dei vertici di decadimento primari e secon- 

dari, in particolare, i vertici secondari relativi al decadimento dei mesoni B od altre 

particelle a vita breve. L’SVT permette una prima accurata tracciatura e le infor- 

mazioni, relative alla traiettoria delle particelle cariche, diventano complementari a

34 L’esperimento BaBar ed il suo upgrade 

quelle fornite della camera a deriva. È composto da cinque strati di pannelli di sili- 

cio con una risoluzione spaziale di qualche decina di µm ed una efficienza del 90%. 

L’angolo di copertura di tale rivelatore é compreso tra i 17.2 ◦ e 150 ◦ , nel sistema in 

sui la Υ(4S) é a riposo. 

Drift Chamber : permette la ricostruzione delle traiettorie degli stati finali con un’alta 

risoluzione spaziale. Questo permette di disporre di una precisa determinazione 

dell’impulso delle particelle cariche e permettere la loro identificazione attraverso 

la determinazione della perdita di energia per ionizzazione. Per particelle con un 

impulso superiore a 1 GeV/c la risoluzione é circa del 0.3%, mentre per particel- 

le a mino impulso é compresa tra lo (0.3 − 0.4)%. La camera ha una geometria 

cilindrica, con raggio interno di 23.6 cm ed esterno di 80.9 cm per una lunghezza 

complessiva è di 280 cm. All’interno viene flussata una miscela di elio (80 %) ed 

isobutano (20 %) a pressione atmosferica. La risoluzione in energia é la seguente: 

• 7.6% per gli elettroni; 

• 7.8% per i muoni; 

• 7.6% per i pioni; 

• 8.4% per i mesoni K; 

• 8.5% per i protoni; 

• 9.5% per i deuteroni. 

Detector of Internally Reflected Čerenkov light : identifica le particelle che oltrepas- 

sano la DCH, ovvero, tenendo conto dell’intensitá del campo magnetico, quelle 

particelle che hanno un impulso traverso di almeno 250 MeV/c. È costituito da 144 

barre in quarzo con indice di rifrazione n = 1.473. Se si definisce v, la velocitá 

della particella nel mezzo, e vl, la velocitá della luce nel mezzo, vi é radiazione 

Čerenkov quando v > vl. Tale radiazione si manifesta attraverso onde elettroma- 

gnetiche i cui fronti d’onda hanno uno sviluppo conico, con asse la traiettoria della 

particella ed apertura data dalla seguente equazione:

L’esperimento BaBar ed il suo upgrade 35 

cos θc = 1 

nβ 

(2.1) 

Analizzando il segnale proveniente dai fototubi si riesce a determinare l’angolo 

di apertura del cono. Conoscendo angolo ed impulso della traccia si ha una misura 

indiretta della massa, attraverso la quale si puó risalire al tipo di particella. L’angolo 

solido coperto é circa l’86.5% di 4π. 

Electromagnetic Calorimeter : rivela le particelle con energia compresa tra i 9 MeV ed 

grafo. 

i 20 MeV. Il calorimetro é composto di due parti: 

• Sezione cilindrica asimmetrica con asse parallelo al fascio realizzata in cri- 

stalli di Ioduro di Cesio drogato con Tallio. 

• Sezione conica montata sulla parte anJψγ.teriore del rivelatore e realizzata in 

cristalli di Ioduro di Cesio. 

Gli sciami elettromagnetici prodotti all’interno dei cristalli sono raccolti da due fo- 

todiodi, ciascuno dei quali invia un segnale all’elettronica di lettura. Il vantaggio 

dei fotodiodi é quello di ridurre il fondo, in quanto lavorano in coincidenza, ed in 

caso di guasto di uno dei due la regione continua ad essere efficiente. Al contrario 

dei fotomoltiplicatori, i fotodiodi possono operare anche immersi nell’intenso cam- 

po magnetico generato dal solenoide. Il rivelatore posizionato asimmetricamente 

rispetto al punto di interazione dei fasci, ha una copertura angolare, nel sistema 

del centro di massa, pari a −0.916 ≤ cos θcm ≤ 0.962. La perdita in energia nel 

calorimetro é di 5.6MeV/cm ed ha una risoluzione in energia dell’1.8%. 

L’Instrumented Flux Return, IFR, verrá descritto più in dettaglio nel prossimo para


Figura 2.1: Sezione tridimensionale del rivelatore BaBar.Si puó vedere il Silicon Vertex Trac- 

ker (SVT), la Drift Chamber (DCH), il Detector Internally Refleted Čerenkov light (DIRC), l’ 

Electromagnetic Calorimeter (EMC), il Superconductive solenoid e l’ Instrumented Flux Return 

(IFR). 

2.2 IFR 

L’IFR, ovvero Instrumented Flux Return, ha il compito principale di identificare muo- 

ni, pioni carichi ed adroni neutri. La struttura é composta di tre sezioni (si veda Fig. 2.2 

): 

1. Barrel, a simmetria cilindrica attorno all’asse del fascio 

2. Endcaps forward, rivelatore in avanti 

3. Endcaps backward, rivelatore nella zona posteriore. 

L’IFR costituisce la parte più esterna del rivelatore, dove giungono le particelle più 

energetiche e penetranti. Essa é immersa in un campo magnetico generato da un magnete 

superconduttore di intensitá pari a 1.5 T. Tutta la struttura dell’IFR é chiusa da un giogo 

di ferro a geometria esagonale, costituita dalla sovrapposizione di 18 piani di ferro, il cui 

spessore varia gradualmente, per un totale di 65 cm nella zona del barrel e 60 cm negli 

endcaps (si veda Tab.2.1).


strato spessore 

1-9 2cm 

10-13 3cm 

14-16 5cm 

17-18 10cm 

Tabella 2.1: Spessore delle strisce di ferro nella IFR 

Figura 2.2: Sezione tridimensionale dell’Instrumented Flux Return.


Fra tali piani vi erano posizionati dei rivelatori di traccia del tipo Resistivity Plate 

Chamber (RPC). Descriviamo brevemente nel prossimo paragrafo il funzionamento di 

tali rivelatori. 

2.2.1 Resistive Plate Chamber 

L’RPC (Fig. 2.4) è un rivelatore a gas che permette di rivelare la quantitá di carica 

prodotta per ionizzazione dovuta al passaggio di una particella (si veda Figura 1.3). È for- 

mato da due piastre, solitamente di bakelite, con una resistivitá dell’ordine di 10 11 Ω/cm. 

Tali piastre sono poste ad una distanza di 2 mm con una superficie dell’ordine del m 2 . 

All’interno dell’intercapedine formata dalle due piaste viene iniettata una miscela di gas 

non infiammabile, in genere una miscela di Ar, Isobutano e Freon. Fra le due piastre é 

applicata una differenza di potenziale di 8 ÷ 10 kV. L’intenso campo elettrico provoca 

l’accelerazione delle cariche di ionizzazione, generate dall’attraversamento di una par- 

ticella, fra catodo e anodo a seconda del segno della carica. La carica così accelerata, 

provoca una ulteriore ionizzazione urtando con gli atomi del mezzo gassoso. Viene a 

questo punto definito il fattore di amplificazione della carica come il rapporto fra cari- 

ca iniziale e la carica totale prodotta in seguito agli urti. Questo fattore vale all’incirca 

10 8 ÷ 10 9 . 

Questo genere di rivelatore é molto economico ed offre alte efficienza di rivelazione del- 

l’ordine del 90% prestandosi ad applicazioni su larga scala. La lettura del segnale avviene 

per mezzo del segnale d’induzione prodotto dalla scarica generata all’interno delle pia- 

stre. A questo fine sulle superfici esterne della piastra sono applicate delle sottili strisce di 

rame, (strips), connesse ad un circuito di lettura per la formazione del segnale. L’ordine 

di grandezza dei segnali indotti é della centinaia di mV. 

Altra caratteristica generale del rivelatore RPC é la sua velocità e la sua risoluzione tem- 

porale, (∼ 1 ns): il segnale una volta prodotto impiega tempi nell’ordine della decina di 

nanosecondi per raggiungere l’elettronica di lettura.


2.2.2 Calo di efficienza e sostituzione degli RPC 

Gli RPC, utilizzati nella costruzione dell’IFR, hanno rivelato seri problemi di invec- 

chiamento in seguito ad una carica totale assorbita compresa tra i 3 C/m 2 ed i 0.4 C/m 2 . 

La perdita di efficienza puó essere causata da una variazione di resistivitá dei due strati 

di dielettrico che vanno a formare la parte interna della camera. Uno degli effetti più evi- 

denti rigurdava la superficie interna delle camere, nella quale si é osservata la formazione 

di bolle e ponti di resina fra catodo e anodo. Nel corso dei primi tre run, vi é stato un 

costante calo di efficienza sino a valori del 40% nel barrel e del 70% nel forward con 

una perdita di efficienza mensile pari al 2.54% nel primo caso e di 1.21% nel secondo. 

Dato il notevole calo di efficienza (Fig. 2.3) si é deciso di sostituire gli RPC con un nuovo 

tipo di rivelatori (tubi a streamer limitato, LST) le cui caratteristiche verranno descritte 

nel prossimo capitolo. 

Figura 2.3: Calo di efficienza degli RPC al trascorrere dei mesi. In rosso é evidenziata l’efficienza 

media di tutti gli RPC, in blu la frazione degli RPC con efficienza media superiore al 10% ed in 

verde la frazione degli RPC con efficienza media minore del 10%.


Figura 2.4: Struttura schematica di una Resistive Plate Chamber.

Capitolo 3 

Progetto LST 

In questo capitolo verrá descritto il progetto LST dell’esperimento BaBar. Un LST 

(Limited Streamer Tube) é un rivelatore di tracciamento, che consiste di un catodo resi- 

stivo a forma di tubo quadrato sul cui asse si trova un filo che funge da anodo. All’interno 

di questo tubo vi é una miscela gassosa, che viene ionizzata nel momento in cui vi é il 

passaggio di una particella. 

3.1 Parametri di un LST 

Un rivelatore LST (Fig. 3.4,3.5) é sostanzialmente una struttura in PVC, o profilo, 

formato da 7 o 8 celle aperte da un lato al centro delle quali é posto un filo metallico uti- 

lizzato per la lettura di una delle coordinate. Questo profilo é ricoperto da grafite avente 

una resistivitá specifica superficiale compresa tra 0.2MΩ ed 1MΩ/. Descriviamo breve- 

mente la struttura del rivelatore in questo paragrafo, mentre nel successivo si discuteranno 

i principi di funzionamento. 

Alle estremitá i profili sono smussati e sagomati in modo da poter sostenere il cavaliere 

reggifilo, (P CB holder), sul quale sono montate le schede per la saldatura dei fili ed il 

collegamento con i connettori per alta tensione e massa. Tali cavalieri sono stampati in 

polietilene rigido e tra questi ed il profilo viene inserita una gomma conduttiva al fine di

42 Progetto LST 

ottimizzare i contatti elettrici con lo strato di grafite posto sul fondo. Il profilo é chiuso 

alle estremitá da due tappi (detti ”endcaps”). 

Endcap A sono presenti quattro connettori per la connessione alta tensione, uno per la 

massa e due per la miscela gassosa. È montata una scheda per la connessione all’alta 

tensione con la rete di resistori da 220Ω. 

Endcap B sono presenti solamente i connettori per il gas. È montata inoltre una scheda 

per la saldatura dei fili. 

Lungo ogni cella sono posti, a distanza di 50 cm, cavalieri reggifilo in polietilene (wi- 

re holder), sopra i quali sono poste delle clips: l’unione di questi due elementi limita 

fortemente i movimenti del filo, in lega di berillio e rame, e ricoperto da uno strato dello 

spessore di 1 µm di oro. Il profilo così composto (Fig. 3.6), dopo la filatura, viene inserito 

alll’interno di una camicia in PVC chiusa alle estremitá dai due tappi e poi sigillato con 

mastice. 

Figura 3.1: Dimensioni interne di un LST. 

L’utilizzo degli LST presenta i seguenti vantaggi: 

• Alta efficienza (>90%) 

• Alta copertura geometrica ( gli spazi morti posso essere minimizzati) 

• La mortalitá dei tubi ´molto bassa

Progetto LST 43 

Figura 3.2: Dimensioni tecniche della camicia di rivestimento. 

Figura 3.3: Vista tridimensionale di un modulo di LST.


Figura 3.4: Vista tridimensionale della parte terminale di un rivelatore LST, con endcap, clip e 

wire holder. 

Figura 3.5: Schema di un LST con tutte le sue componenti.


• I tubi si possono posizionare in maniera tale da poter essere estratti e sostituiti, 

qualora fosse necessario 

• Ciascun tubo puó essere fornito di più canali indipendenti di lettura 

• Le scatole di distribuzione della tensione e l’elettronica di lettura si possono posi- 

zionare al di fuori del rivelatore per evitare di dover aprire il rivelatore in caso di 

malfunzionamento di questi sistemi. 

Figura 3.6: Foto di un rivelatore LST parzialmente inserito nella camicia di PVC. 

3.2 Funzionamento di un LST 

L’intensitá del campo elettrico in prossimitá di un filo, a cui é stata applicata una 

differenza di potenziale, risulta estremamente elevata. Il campo elettrico alla distanza r 

dal centro del filo é espresso dalla seguente formula: 

E = 1 V 

· 

r log b 

a 

(3.1)


dove b indica la distanza tra il centro del filo e il catodo, a é il raggio del filo. Aumen- 

tando quindi o la dimensione del filo o la tensione applicata, il campo elettrico diventa 

intenso, permettendo di rivelare la presenza di tracce di ionizzazione. Infatti in presenza 

di campo elettrico, le cariche generate dal passaggio di una particella carica (ionizzazione 

primaria), a seconda del loro segno, migrano lungo le linee del campo ed in prossimitá 

del filo, dove il campo elettrico é molto intenso, urtano gli atomi e ne provocano la ioniz- 

zazione (ionizzazione secondaria), con conseguente amplificazione della carica, con un 

fattore di amplificazione di circa 10 8 . Il segnale generato da un rivelatore dipende dalla 

quantitá di coppie ione-elettrone create durante la ionizzazione primaria e secondaria. Al 

variare della differenza di potenziale applicata al filo, il numero di coppie segue l’anda- 

mento rappresentato , andamento che puó essere suddiviso in cinque regioni (si veda Fig. 

3.7): 

I non vi é la produzione di carica e le coppie ione-elettrone si ricombinano. 

II camere a ionizzazione: zona nella quale operano le camere a ionizzazione. Il segna- 

le elettrico corrisponde alla quantitá di carica rilasciata dalla particella durante il 

passaggio nel mezzo e completamente raccolta. 

III camera proporzionale: in questa zona la quantitá di carica aumenta con l’aumenta- 

re della tensione, sufficiente ad innescare fenomeni di amplificazione della carica. 

In seguito agli urti tra elettroni primari 1 e gli atomi del mezzo si generano nuovi 

elettroni; a loro volta questi elettroni producono una ulteriore ionizzazione e così 

via. Questo fenomeno é chiamato valanga. La carica generata é proporzionale al 

numero di elettroni primari, e quindi all’energia rilasciata dalla particella. 

IV streamer limitato: man mano che aumenta la differenza di potenziale applicata al fi- 

lo, la ionizzazione totale aumenta e diventa sufficientemente elevata da distorcere il 

campo elettrico attorno all’anodo. In presenza di miscele gassose con elevato con- 

tenuto di gas a forte assorbimento di fotoni (quencher) e di fili anodici del diametro 

di ∼100µm si puó ottenere un regime di amplificazione intermedio tra la terza e la 

1 Elettroni prodotti dalla ionizzazione primaria


quinta regione. In questo regime, che viene indicato come streamer limitato, la 

scarica non si propaga lungo il filo ma rimane limitata alla zona di ionizzazione 

primaria. Il passaggio tra regime proporzionale e streamer limitato avviene mol- 

to rapidamente e dipende dal numero di fotoni ultravioletti emessi dalla valanga, 

i quali possiedono abbastanza energia da estrarre nuovi elettroni dalle molecole 

circostanti e dare inizio ad un nuovo streamer che si aggiunge alla scarica primaria. 

V zona di Geiger - Muller: i fotoni emessi per diseccitazione degli atomi generano per 

effetto fotoelettrico elettroni con energia sufficiente a produrre ulteriori valanghe. 

Questo fenomeno avviene lungo tutto il filo con un fattore di amplificazione del- 

l’ordine di 10 11 ed il segnale é indipendente dalla carica primaria. 

Figura 3.7: Carica raccolta in funzione della tensione applicata. 

Gli ioni positivi, a causa del loro segno, andranno a depositarsi sulla grafite che ricopre 

l’involucro in PVC modificando localmente il campo elettrico senza influenzare la regione 

attorno al filo.


Succede inoltre che, con l’aumento della tensione o la diminuzione della quantitá di 

quencher all’interno del gas, si osservi un aumento dei conteggi e dei segnali in arrivo 

al discriminatore, facente parte dell’elettronica di lettura. Questo fenomeno é provocato 

dai cosidetti afterpulses. Quest’ultimi sono generati da fotoni UV, prodotti dalla disec- 

citazione degli atomi del gas durante lo sviluppo dello streamer, che urtando con la parete 

del catodo strappano dei fotoelettroni i quali si dirigono con un netto ritardo verso il filo 

producendo un altro segnale. L’intervallo di tempo tra i due impulsi dipende dalla sezione 

della cella e dalla tensione applicata ed é nel nostro caso di qualche centinaio di ns. 

3.3 LST in altri esperimenti 

GLi LST sono stati utilizzati anche in altri esperimenti: in tutti i casi consistevano di 

celle di 9mm x 9mm, eccetto MACRO che utilizzava celle di 29mm x 27 mm. Si elencano 

qui di seguito gli esperimenti che hanno usato questo tipo di tubi, dandone i parametri e 

la mortalitá nell’intera durata dell’esperimento: 

• ZEUS: 3400 tubi lunghi oltre 10m con una mortalitá del 6% 

• DELPHI: 19000 tubi lunghi oltre 4.1m con una mortalitá dell’ 1% 

• OPAL: 6700 tubi lunghi da 3m a 7.3m mortalitá del 6% 

• SLD: 10000 tubi lunghi da 1.9m a 8.6m, mortalitá del 6% 

• MACRO: 6000 tubi lunghi 12m con celle di 29x27mm, mortalitá inferiore a 1%. 

3.4 Ricerca e sviluppo 

Le possibili configurazioni sviluppate e studiate al fine di ottimizzare l’utilizzo degli 

LST nell’esperimento BaBar sono le seguenti (Ref. [74]): 

1. Cella grande ⇒ sezione di una cella pari a 15x17mm 2


2. Cella piccola ⇒ sezione di una cella pari a 8x9mm 2 

3. Cella standard ⇒ sezione di una cella pari a 9x9mm 2 

delle tre la più utilizzata negli esperimenti é la terza mentre la seconda é stata studiata 

perché vi era la possibilitá di inserire due strati di LST all’interno delle ”gaps” dell’IFR. 

La scelta del PVC per costruire i tubi é dovuta al basso costo ed alla facilitá di estrusione 

del materiale plastico. In tutte le configurazioni studiate, é stato posto un piano di strisce, 

ortogonali alla direzione del filo, al di sotto del modulo 2 , nelle quali erano inseriti circuiti 

stampati flessibili (PCBs), con un contatto di rame lungo la direzione del fascio. Le 

tracce sono interrotte da fori, in corrispondenza dei quali, attraverso un foro delle stesse 

dimensioni praticato sull’isolante, si inserisce il contatto elettrico con la strip. Il segnale 

percorre il PCB per poi proseguire fino alla transition board. Mentre la coordinata φ 

(angolo azimutale attorno la direzione del raggio) é letta direttamente dal filo all’interno 

del tubo, la coordinata z (lungo la direzione del fascio) é rilevata dalle strip (Fig. 3.4). 

2 Unione di due o tre tubi 

Figura 3.8: Immagine delle strip per la lettura della coordinata z.


3.5 Progetto Finale 

La scelta di costruire tubi a cella larga é stata influenzata dalla maggiore affidabili- 

tá e minore sensibilitá alle inperfezioni che presenta questa configurazione. Al fine di 

minimizzare gli spazi morti sono stati prodotti tre diversi formati di tubi: 

1. tubi da 8 celle di lunghezza 358 cm 



Questi sono stati successivamente assemblati in moduli da due o tre tubi, secondo le 

seguenti tipologie: 

1. modulo con due tubi lunghi 358 cm da 8 celle 

2. modulo con tre tubi lunghi 358 cm da 8 celle 



Figura 3.9: Immagine di un modulo con due tubi . 

Ogni singolo modulo (Fig. 3.9) é formato da due o tre tubi affiancati tra i quali é 

inserita una lamina di metallo, spessa 1 mm, per rinforzare la struttura meccanica. In 

tabella é riportato il quadro riassuntivo di tutta la produzione degli LST.


Caratteristica n ◦ LST prodotti % di tubi 

8 celle 1051 71% 

7 celle 436 29% 

Caratteristica n ◦ LST prodotti % di tubi 

lungh. 358 cm 1339 90% 

lungh. 318 cm 148 10% 

Tabella 3.1: Tabelle riassuntive della produzione 

Caratteristiche valore 

lunghezza 358/318 cm 

larghezza 7 celle ≈13 cm 

larghezza 8 celle ≈ 15 cm 

altezza 2 cm 

spessore pareti interni 1 mm 

diametro del filo 100µm 

spessore rivestimento in oro 1µm 

lega del filo CuBe2 

Tabella 3.2: Tabella riassuntiva dei parametri di un LST


3.6 Controlli di qualitá effettuati durante la produzione 

Una particolare attenzione durante la produzione degli LST era rivolta ai controlli di 

qualitá (QC) sui tubi. Tali controlli permettevano di verificare quali tubi rientravano nelle 

specifiche di progetto ( Ref. [73], [70], [74], [72]) e quali no in modo tale da classificare, 

successivamente, i tubi in base a tali test (Ref. [73], [70], [72]). Gli obiettivi principali 

del QC possono essere riassunti nei seguenti punti: 

1. Effettuare un controllo sui materiali durante la fase di costruzione per rivelare 

eventuali divergenze con gli standard previsti. 

2. Applicare un controllo durante le fasi di produzione in modo tale da mettere in 

evidenza problemi e porre rimedio a questi. 

3. Controllare ogni singolo tubo una volta ultimati i test prima della sua accettazione 

e spedizione. 

4. Creare un database con i risultati dei test. 

I test effettuati durante la produzione, preposti a valutare la qualitá dei tubi erano i 

seguenti: 

• Controllo dell’integritá meccanica dei profili e dei componenti plastici. 

• Ispezione visiva dei profili con misura della resistivitá superficiale su fondo e sulle 

alette. 

• Il tubo veniva testato per provare eventuali perdite di tenuta stagna. 

• Condizionamento del tubo. 

• Test del plateau. 

• Scan con sorgente radioattiva. 

• Test di lungo periodo. 

• Misura di capacitá.


3.6.1 Ispezione meccanica dei componenti 

Ogni profilo era ispezionato visivamente per essere certi che non vi fossero pieghe 

o rotture osservabili e per vedere se le dimensioni non fossero cambiate e rientrassero 

nei limiti di tolleranza. Tutti i componenti plastici, clips, wire holders, PCB holders ed 

endcap, erano visionati prima dell’assemblaggio. Venivano controllati inoltre: 

Rivestimento in grafite : controllato visivamente per vederne l’integritá meccanica (Fig. 

3.10); se ne misuravano inoltre le dimensioni delle estrusioni per controllare che 

fossero corrette. 

Tappi : gli elettrodi e i connettori per inserire il gas erano visivamente controllati per 

essere sicuri che fossero integri e non vi siano rotture. 

Circuiti : le saldature erano controllate visivamente e si controllava il funzionamento del 

circuito. 

Figura 3.10: Macchina utilizzata per depositare lo strato di grafite.


3.6.2 Misure della resistivitá 

La resistivitá della superficie era monitorata misurando la resistenza tra una opportuna 

coppia di elettrodi. Veniva misurata ogni 50cm lungo il tubo (Fig. 3.11) per tutte le otto 

celle sia sul fondo che sulle alette. 

3.6.3 Controllo del filo 

Figura 3.11: Macchina utilizzata per la misura della resistivitá. 

Ogni filo era identificato da un numero relativo alla bobina dalla quale veniva svolto. 

Un campione per ogni bobina era inviato al Princeton Image and Analisys Center per un 

test di controllo al microscopio elettronico. Il filo corrispondente alla parte più interna di 

ciascuna bobina veniva scartato. 

Il filo posto al centro della celle doveva essere controllato per vederne la sua integritá 

ed uniformitá. 

Qualitá del filo: il filo doveva essere controllato visivamente e bisognava misurarne il 

diametro.


Posizione del filo: si controllava visivamente se il filo fosse posizionato correttamente 

sui suoi sostegni. 

Connessioni e tensione del filo: test e misure erano condotte per verificare che non vi 

fossero interruzioni e che il filo avesse una ben precisa tensione meccanica. 

3.6.4 Perdite di gas 

Per vedere se si presentavano delle perdite di gas si immergeva completamente il tubo 

in acqua a 15-20 mbar e si richiedeva che perdesse meno di una bolla al minuto. Se vi 

erano perdite queste venivano eliminate con colla per PVC se possibile ed il tubo veniva 

sottoposto ancora al test: se lo superava veniva considerato buono e veniva registrata la 

posizione ove la colla era stata posta. Se vi era la formazione di più di una bolla al minuto 

il tubo veniva scartato. 

3.6.5 Condizionamento 

Uno dei test necessari alla messa in funzione dei rivelatori LST, era il conditiona- 

mento: nel tubo appena costruito e messo in tensione si osservavano fenomeni di scarica 

causati da particelle di polvere o punte di grafite. La soluzione a questo problema con- 

sisteva nel bruciare lentamente le impuritá aumentando di volta in volta la tensione (si 

veda la tabella 3.6.5. Al termine del condizionamento il tubo doveva essere in grado di 

sopportare una tensione di 5700V per un tempo indeterminato ed un valore di corrente 

non superiore a 200 nA. 

Tappe del condizionamento 

L’alimentazione dei tubi era fornita da 24 moduli CAEN A548 in grado di erogare una 

tensione variabile da 0 a 6000V per una corrente totale, intesa come somma delle correnti 

sui canali d’uscita, non superiore a 5µA. Si definiva stato di over current, quando un 

tubo superava una corrente pari a 600 nA. Prima dell’inizio del test il tubo veniva flussato


con la miscela di gas ternaria per almeno 24 ore. La presenza di ossigeno all’interno della 

camera doveva essere ridotta al minimo a causa dell’elettronegativitá dell’ossigeno. 

Macro-Step 1 Tmax=48 ore 

Step Tensione Intervallo 

1 3500 V 120 min 










- - - - - - - 







- - - - - - - 


Macro-Step 4 Tmin=16 ore 

La camera che veniva sottoposta a tale test, doveva raggiungere la tensione prestabilita 

senza trovarsi in uno stato di OVC altrimenti era classificata come “Anomala”. A questo



24 5700 V 16 ore 

Tabella 3.3: Fasi del condizionamento: tensione e tempi dei 24 passi del processo. 

punto tale camera poteva subire un secondo processo di condizionamento oppure essere 

riaperta, nel caso in cui si manifestiva un grave malfunzionamento. Una terza alternativa 

era quella di collegare la camera ad un generatore CAEN SY127 in modo da condizionarla 

singolarmente senza rallentare il processo delle altre camere collegate sullo stesso modulo 

di alta tensione. Il software utilizzava un algoritmo che applicava il seguente criterio: 

1. Step superato: se la corrente massima risultante dalla somma su tutti i canali del 

tubo era inferiore ai 2000 nA 

2. Step non superato: se la corrente massima risultante era superiore ai 2000 nA. 

Il secondo caso si verificava quando nella camera era presente un fenomeno di scarica; 

in questo caso la tensione veniva abbassata di 300 V ed il condizionamento riprendeva dal 

punto raggiunto con l’abbassamento della tensione. 

Nel caso in cui vi erano dei malfunzionamenti nel sistema del gas, come rottura del 

miscelatore di massa o perdita in una tubatura, erano inseriti due tubi, giá condizionati ed 

operanti correttamente, in serie a quelli di test, in modo tale da fungere da tubi sentinel- 

la: se anche questi tubi “buoni” cominciavano a tirare troppa corrente, il programma di 

controllo spegneva automaticamente il sistema HV per non danneggiare le camere. 

Ogni Limited Streamer Tube subiva un condizionamento elettrico per un minimo di 7 

giorni. Il tutto si svolgeva nella seguente maniera: 

• ogni tubo veniva mantenuto per 24h sotto il flusso della miscela di gas per minimo 

sei volumi 

• ogni tubo per un minimo di 8 ed un massimo di 24h raggiungeva i 2500V; succes- 

sivamente per un minimo di 8 ed un massimo di 24h veniva portato da 2500V a 

4900V


• ogni tubo che superava una corrente di 5µA veniva scartato 

• I tubi erano mantenuti alla tensione di 4900V per 96h. La corrente non doveva su- 

perare i 2 µA per il primo giorno e per i rimanenti 3 giorni non doveva oltrepassare 

i 150 nA per massimo 5% del tempo. I tubi che non soddisfavano tali condizioni 

erano scartati. 

3.6.6 Plateau 

La determinazione dell’intervallo di plateau era necessaria per il buon funzionamento 

della camera e per la conoscenza della tensione di lavoro al momento dell’installazione 

nell’IFR. La misura del rate veniva effettuata sul segnale del filo in uscita dal disaccoppia- 

tore che separava la componente continua dal segnale indotto. Il segnale formato veniva 

discriminato con una soglia di 35 mV prima di essere inviato al contatore, dove erano 

effettuate acquisizioni di 20 secondi. 

Il rate dipende dalla geometria delle camere e da alcuni parametri quali miscela gas- 

sosa, densitá del gas, tempo morto dell’elettronica e soglia dei discriminatori. Le ac- 

quisizioni dei dati si effettuavano ad intervalli di 50V a partire da 5000V fino a 5900V. 

Riportando in un grafico il rate in funzione del voltaggio si notava una zona, plateau, nella 

quale il rate non cambiava di molto nonostante l’aumento della tensione; le due estremitá 

di tale zona vengono chiamate ginocchio destro e ginocchio sinistro. Per determinare tale 

regione si utilizzava un algoritmo ( Fig. 3.12) che imponeva un limite superiore alla pen- 

denza di 0.15 Hz/Volt della linea che congiungeva ciascuna coppia di punti distanti 300V. 

Tale criterio veniva adottato su ognuno dei 10 intervalli di 300V partendo da 5000-5300 

fino a 5500-5800 e per ciascun intervallo: 

• si calcolava il valor medio del rate entro la regione di plateau 

• per ciascun valor medio del rate l’algoritmo controllava che il criterio sopra descrit- 

to fosse soddisfatto tenendo conto di un errore del 5% per misure di rate singolo. 

• si classificava il plateau in base alle scansioni lungo i dieci intervalli.


Figura 3.12: Calcolo della pendenza del plateau attraverso l’algoritmo descritto. 

3.6.7 Scan con sorgente radioattiva 

Questo test serviva a mettere in luce difetti presenti sulla superficie interna delle ca- 

mere invisibili ad occhio nudo. Il tavolo sul quale erano posti i tubi per lo scan (Fig. 

3.13), possedeva lateralmente dei binari per la traslazione di un braccio mobile azionato 

da un motore passo passo. La velocitá con la quale veniva eseguito il test era di 4 cm/sec 

e la registrazione del valore di corrente relativo alla cella esaminata avveniva una volta al 

secondo per un totale di circa 80 misure per ogni cella. La tensione che veniva utilizzata 

era di 5600V, tensione all’interno della regione di lavoro, e la sorgente utilizzata era di 

Sr 90 avente una attivitá di 10MBq, collimata e munita d’uno schermo di piombo di 0.5 

mm. Tale sorgente si muoveva su ogni cella alla distanza di 1 mm dall’involucro esterno.


3.6.8 Test di lungo termine 

Figura 3.13: Sorgente utilizzata per il test dello scan. 

Al fine di valutare l’affidabilitá della camera, su un lasso di tempo sufficientemente 

esteso, si utilizzava il test in esame anche per fare una previsione della percentuale di 

mortalitá in corso di acquisizione. L’affidabilitá delle camere diventa molto importante 

in quanto l’accesso al rivelatore é limitato solo al periodo d’ispezione e controllo, che 

avviene con cadenza annuale al termine di ogni run. 

La stazione preposta ad eseguire tale test permetteva di controllare 432 camere dispo- 

ste in nove gruppi da 48 tubi organizzati in sei casse sovrapposte, rivestite all’interno di 

alluminio. Per alimentare i tubi della singola stazione, erano impiegati quattro alimen- 

tatori di alta tensione CAEN A548 per un totale di 5 crate e 28 moduli. I collegamenti 

tra i canali dell’alimentatore ed i tubi erano ottenuti con cavi multipli ognuno dei quali 

comprendeva 24 sottocavi numerati che permettevano di alimentare 24 camere. Il sistema 

del gas era controllato da un miscelatore di gas che gestiva due linee indipendenti per 

ciascuna stazione; all’uscita di ogni linea era presente un bubbolatore riempito con olio di 

vaselina per il controllo del flussaggio (per mettere in evidenza eventuali perdite di gas). 

La postazione del test di lungo termine era fornita di un gruppo di continuitá in grado di 

alimentare per circa due ore l’intero sistema in caso di black-out. Ogni tubo veniva man- 

tenuto 100V al di sotto del massimo voltaggio di esercizio (come risultava dal plateau)


per un periodo di circa 30 giorni, durante il quale la corrente non doveva superare i 200nA 

per almeno il 5% del tempo. 

3.6.9 QC presso le universitá di Ohio e Princeton 

I primi cinque test erano eseguiti con le camere all’interno delle casse di spedizione 

mentre i restanti erano effettuati in seguito al montaggio dei moduli. Si riporta una breve 

descrizione dei test condotti: 

1. Verifica dell’integritá dei fili. Questo test veniva effettuato quando i tubi erano 

ancora all’interno delle casse di spedizione progettate in maniera tale da rendere 

accessibili gli endcap, le connessioni elettriche e del gas. Per ognuno dei quat- 

to connettori dell’HV si misurava la resistivitá e la capacitá fra catodo ed anodo: 

se il valore di resistivitá era basso o il valore della capacitá era inferiore a 75 pF 

significava che il filo era stato danneggiato durante la spedizione. 

2. Condizionamento. Il tubo veniva flussato per 24h con miscela ternaria e per bruciare 

le eventuali impuritá veniva applicata la procedura di condizionamento, descritta 

precedentemente. Se i tubi non raggiungevano la fine del secondo macrostep dopo 

48h, erano scartati. 

3. Test sul segnale anodico. Si analizzava il segnale in uscita da ognuno dei 4 con- 

nettori HV dell’endcap con un oscilloscopio. Gli impulsi attesi, alla tensione di 

5700V, dovevano avere una ampiezza di 30-50 mV e larghezza di 40 ns, in assenza 

di afterpulses. 

4. Plateau. Il test veniva effettuato su ogni singola connessione HV prelevando il 

segnale dell’anodo e le modalitá di esecuzione erano le stesse di quelle seguite alla 

Pol.Hi.Tech. 

5. Efficienza. Quest test veniva condotto su un campione pari al 10% delle camere in 

arrivo. L’efficienza attesa era superiore al 90%.


6. Scan con sorgente radioattiva. Il test era analogo a quello condotto nel sito produt- 

tivo. Erano accettati quei tubi che, al peggio, presentavano un solo picco eccedente 

1µA. 

7. Ispezione delle φ strips. Dopo un’ispezione visiva veniva effettuata una misura di 

resistivitá e capacitá fra strip e massa. 

8. Ispezione dei moduli. Veniva effettuato un controllo d’integritá meccanica del 

singolo modulo per verificare eventuali difetti e compatibilitá con la tolleranza 

meccanica richiesta. 

9. Test di lungo termine sui moduli. I moduli erano inseriti nelle casse per la spedi- 

zione e venivano connessi al gas e all’alta tensione. Dopo il flussaggio di un giorno 

veniva applicata una tensione variabile secondo lo schema del primo e secondo ma- 

crostep del condizionamento, quindi dopo aver raggiunto la tensione di 5800V i 

moduli erano portati a 5700V e tenuti a quella tensione per 120 ore. 

3.6.10 QC allo Stanford Linear Accelerator Center 

Lo scopo di tali test era quello di rilevare eventuali danni prodotti durante il trasporto. 

Si riporta di seguito la lista dei tests eseguiti: 

1. Ispezione delle casse e degli endcap del singolo modulo. 

2. Misure di resistivitá e capacitá per verificare l’integritá delle connessioni. 

3. Controllo delle perdite. Il tubo veniva gonfiato con una sovrapressione; la pressio- 

ne interna veniva monitorata regolarmente imponendo che la sua diminuzione sia 

minore del 1% dopo venti minuti. 

4. Efficienza dei moduli. Le camere erano ancora all’interno della cassa di spedizione, 

che veniva interposta fra una coppia di scintillatori che fungevano da telescopio per 

raggi cosmici.


5. Test di lungo termine sui moduli. Veniva applicata una tensione di 5700V per un 

periodo indefinito (fino all’installazione dei moduli nell’apparato) durante il quale 

si effettuava una costante monitoraggio della corrente. 

Gli ultimi test di QC erano eseguiti durante la fase di installazione dei moduli all’in- 

terno del barrel del rivelatore e consistevano in: 

1. Test delle z strips. Consisteva in un ultimo controllo delle connessioni attraverso 

rapide misure di capacitá. 

2. Test dei tubi installati in un dato strato. Venivano eseguite misure di resistenza e 

capacitá. Venivano inoltre osservati i segnali presenti sulle strips e fili prodotti da 

segnali impulsivi inviati sui fili.

Capitolo 4 

Installazione degli LST nell’IFR 

L’installazione degli LST nell’Instrumented Flux Return é iniziata nell’estate del 2004, 

con l’inserimento dei moduli in due dei sei sestanti, e precisamente nei sestanti 1 e 4 (Fig. 

4); nell’estate del 2006, invece, é stata completata l’installazione, con l’inserimento dei 

moduli nei rimanenti quattro sestanti. L’installazione consisteva delle seguenti operazioni, 

eseguite in successione: 

Figura 4.1: Numerazione dei sestanti di BaBar. 

Rimozione dei corner block Per poter inserire i moduli si é reso necessaria la rimozione 

dei cosidetti corner block, ovvero blocchi di ferro fissati agli angoli dei sestanti, con

Installazione degli LST nell’IFR 65 

la funzionalitá di sostenere, allineare e dare consistenza meccanica all’IFR. Per non 

incorrere in deformazioni meccaniche, sono stati rimossi solo i corner block della 

parte in avanti. 

Rimozione degli RPC Sono stati rimossi gli RPC (Resisistive Plate Chamber) e tutte le 

connessioni necessarie al funzionamento di tali rivelatori. 

Installazione degli strati di ottone Sei dei 18 strati presenti in ogni sestante, sono stati 

occupati da lastre in ottone al fine di aumentare la lunghezza di interazione. L’ottone 

é stato installato negli strati 5,7,9,11,13,15. 

Installazione delle z-strips Sono stati inseriti tutti i piani di z-strip dei vari strati. 

Installazione dei moduli Fase molto delicata dell’installazione e suddivisa, a sua volta, 

in quattro tappe fondamentali: 

• Controllo dello stato degli LST prima del loro inserimento; 

• tests pre-inserimento; 

• inserimento vero e proprio, con il conseguente collegamento dei cavi dell’HV 

e di segnale; 

• tests post-inserimento. 

Il presente capitolo é dedicato principalmente ai test di funzionamento e mantenimento 

dei rivelatori a streamer limitato. 

4.1 Controllo dello stato degli LST 

Nelle fasi precedenti all’installazione, i moduli venivani lasciati nelle loro casse di 

legno nella Collider Hall (Fig. 4.1) di SLAC. In questa area venivano effettuati dei test 

al fine di valutare lo stato degli LST e, nel caso in cui si presentassero dei moduli con 

un funzionamento non conforme agli standard produttivi, si iniziava una serie di tests per

66 Installazione degli LST nell’IFR 

Figura 4.2: Immagine della Collider Hall allo Stanford Linear Accelerator Center. 

poterli recuperare. La Collider Hall era fornita di un sistema di gas che flussava argon 

all’interno dei moduli e ne permetteva cosí il corretto funzionamento. 

Sostanzialmente il modulo veniva mantenuto sotto tensione, in genere a 5500 V, se ne 

controllavano le correnti medie per canale e se ne misurava il plateau. Per poter deter- 

minare se un modulo funzionava correttamente oppure no, oltre ai test di QC effettuati 

una volta arrivati i moduli dopo la spedizione, e descritti nel capitolo precedente, si ana- 

lizzava, in maniera abbastanza dettagliata l’andamento del plateau di ogni singolo canale 

del modulo, con lo scopo di rivelare e, se possibile, rettificare eventuali anomalie. Le 

anomalie riscontrate piú di frequente erano: 

• Canali morti 

• Canali con “over rate” 

• Assenza di plateau 

Nei prossimi paragrafi descriveremo in dettaglio questi test (4.2) ed i tentativi effettuati 

per correggere le anomalie (4.3). 9 

4.2 Test del plateau con raggi cosmici 

Il modulo veniva collegato ad un alimentatore di alta tensione ed alle FEC, schede di 

elettronica che ne registravano i conteggi. Attraverso un’interfaccia grafica sviluppata in


LabView (Fig. 4.3), era possibile iniziare il suddetto test, partendo da una tensione iniziale 

di 4600V per arrivare a 5900V a step di 100V e registrando i conteggi ad intervalli di 100s. 

Le tensioni venivano cambiate automaticamente dal programma attraverso una interfaccia 

di comunicazione CanBus. Una volta terminato il test era possibile visualizzare il plateau 

di ogni singolo canale del modulo e quindi vederne i possibili malfuzionamenti. Lo scopo 

principale era quello di controllare il maggior numero di moduli e classificarli in base 

ai problemi riscontrati: i moduli che non presentavano anomalie venivano classificati 

come “good”, mentre gli altri venivano etichettati come “bad”. Tali moduli venivano 

successivamente sottoposti ai test del conditioning e, qualora fosse necessario, al test 

dell’HV negativa. 

É importante notare che, durante l’esecuzione di tale test, il flusso del gas veniva 

aumentato al fine di permettere un maggior ricircolo e quindi diminuire la eventuale 

presenza di gas impuro all’interno del modulo. 

Figura 4.3: Esempio di plateau prodotto con l’interfaccia grafica sviluppata in LabView. 

4.2.1 Canali morti 

La presenza di canali morti (Fig. 4.4), quindi la conseguente assenza di conteggi per 

un determinato canale, poteva essere ricondotta a varie cause: 

• cavo dell’HV diffettoso: in questo caso si provvedeva alla sostituzione ed alla 

riesecuzione del test; 

• cavo delle FEC diffettoso, si sostituiva e si rieffettuava il plateau; 

• saldature diffettose, si effettuava un’ispezione ottica e si provava a risaldare;


• rottura del filo all’interno del modulo, in questo caso non era possibile effettuare 

alcuna operazione. 

4.2.2 Canali overcounting 

Figura 4.4: Esempio di plateau contenente un canale morto. 

Nelle varie tipologie di plateau analizzate, vi erano dei moduli che presentavano dei 

canali, volgarmente detti “canali che sparano”, che presentavano un numero abbastanza 

elevato di conteggi rispetto agli altri (Fig. 4.5). Questi “over counts” possono essere 

causati da molteplici motivi: 

• il gas flussato all’interno delle camere non era di ottima qualitá, si cercava quindi 

di provare a rieseguire il test dopo qualche ora di flussaggio; 

• presenza di impuritá all’interno del canale, si cercava di bruciare tale impurtiá con 

il conditioning; 

• presenza di un alto rumore nelle FEC, si cercava con l’utilizzo di un oscilloscopio 

di visualizzare tale rumore e se necessario si sostituiva la scheda elettronica. 

4.2.3 Assenza di plateau 

L’assenza di plateau (Fig. 4.6) é in gran parte provocata dalla bassa qualitá del gas im- 

messo nei moduli, e quindi, anziché presentare una zona di plateau, il numero di conteggi 

é quasi direttamente proporzionale alla tensione, oppure la regione di plateau é limitata 

ad una regione larga appena 100V.


Figura 4.5: Esempio di plateau contenente un canale con un elevato numero di conteggi. 

Figura 4.6: Esempio di rivelatore LST senza una zona di plateau. 

4.3 Test effettuati per recuperare i moduli con anomalie 

La successione di test, che andremo a descrivere, avevano lo scopo principale di recu- 

perare i moduli diffettosi, per poter avere una riserva di moduli nel caso in cui si fossero 

riscontrati dei problemi durante l’installazione, su un totale di 50 moduli testati é stato 

possibile recuperarne 27. I moduli che presentavano i problemi sopra elencati, venivano 

sottoposti principalmente a tre test: 

• verifica ed eventuale sostituzione dei cavi dell’HV o di segnale per le FEC, qualora 

si presentassero canali morti; 

• conditioning, si eseguiva in tutti i casi in cui il modulo era classificato come “bad”; 

• HV negativa. 

Premettiamo che, nel periodo pre-installazione, non é stato necessario ricorrere all’ul- 

timo, ma si é tentato il recupero basandosi solo sui primi due, visto che il test dell’HV 

negativa potrebbe danneggiare irreparabilmente le camere ed é da utilizzarsi soltanto in 

casi estremi.


4.3.1 Verifica dell’integritá dei cavi di segnale e della tensione 

Il primo segnale che poteva evidenziare la rottura di una cavo dell’alta tensione o 

delle FEC, era la mancanza del plateau di un canale. Per verificare se era il cavo dell’alta 

tensione, si cercava di sostituirlo con un cavo sicuramente funzionante e si verificava la 

presenza o meno del canale nel plateau; qualora non fosse presente si provava a sostituire 

il cavo di segnale con le medesime modalitá. Nel caso in cui entrambi i test fossero 

negativi, significava che il tubo presentava un canale di elettronica morto. 

Era altresí facile verificare se un cavo delle FEC presentava delle anomalie: infatti 

semplicemente connettendo tale cavo su un altro modulo, perfettamente funzionante, se 

vi era la presenza di un canale morto nella schermata iniziale del programma che acquisiva 

i plateau, il cavo andava sostituito. 

4.3.2 Recupero con il test del conditioning 

Il secondo test a cui si ricorreva era il test del conditioning. Sostanzialmente il modulo 

veniva tenuto sotto tensione per un periodo che variava a seconda della problematica 

riscontrata, generalmente si eseguivano le seguenti operazioni: 

1. il modulo veniva sottoposto ad una tensione variabile a seconda del problema: se 

il problema presente, per esempio canali con conteggi anomali o plateau non molto 

evidente, non era molto grave, la tensione assumeva un valore intorno ai 5500- 

5600V ed il test durava circa 2/3 ore; se il problema era abbastanza grave, per 

esempio la presenza di canali morti, il test durava anche per un periodo superiore 

alle 24h e la tensione era di 5800-5900V. 

2. si rieseguiva il test del plateau ed, una volta terminato, si analizzava se il modulo 

aveva subito dei miglioramenti o meno. 

3. nel caso in cui il modulo aveva subito dei miglioramenti si poteva tenerlo sotto 

tensione per un altro periodo di tempo alla medesima tensione e, successivamen- 

te, se ne rimisurava il plateau; altrimenti si sottoponeva ad un altro conditioning 

aumentando la tensione fino a valori prossimi a 5800-5900V.


4.3.3 HV negativa 

É un trattamento estremamente delicato da effettuare, in quanto potrebbe danneggia- 

re in maniera definitiva le camere, e viene utilizzato per eliminare le possibili impuritá 

presenti sulla superficie del filo. Il modulo viene sottoposto ad un trattamento simile al 

conditioning ma a polaritá invertite e la tensione viene fornita da un alimentatore analogi- 

co. Si procede aumentando gradualmente la tensione, controllando che gli assorbimenti 

di corrente non superino i 10µA, fino a 4200V, terminando in tal modo il test. 

4.4 Tests pre-inserimento moduli 

Durante la fase preliminare dell’installazione, quella descritta precedentemente, i mo- 

duli erano conservati nella parte inferiore della Collider Hall, chiamato Pit, mentre la 

parte superiore era predisposta per i test pre-inserimento. Man mano che venivano scelti i 

moduli da inserire nei vari sestanti, questi venivano portati dalla parte inferiore alla parte 

superiore con l’utilizzo di una gru e venivano posti sotto tensione. L’installazione di un 

sestante prevedeva che i moduli fossero tolti dalle loro casse, posizionati su un ripiano 

per i test precedenti all’inserimento, per poi essere inseriti all’interno di una struttura in 

alluminio, chiamata “transport frame” (Fig. 4.7), utilizzata per il trasporto nella struttura 

dove era installato il rivelatore BaBar. 

Una volta posti sul ripiano, ai moduli venivano avvitate delle mascherine di protezione 

in alluminio, collegate le strip che portano il segnale da una parte all’altra del modulo e 

saldate le masse e collegati i moduli per l’alta tensione. 

4.4.1 Controllo resistenza nelle “transition board” 

Per leggere il segnale proveniente dai fili, era necessaria la presenza di un condensa- 

tore in grado di disaccoppiare l’alta tensione dal segnale indotto. Tra tale condensatore 

e la massa c’era una resistenza in serie di 10KΩ. La misura di tale resistenza, effettuata 

tramite un multimetro digitale, serviva a verificare la buona integritá di tutte le saldature.


Figura 4.7: Transport frame utilizzato per l’installazione. 

4.4.2 Plateau di tre punti: 5200V - 5500V - 5800V 

Una volta che il modulo era all’interno del “transport frame” per essere inviato al si- 

to dove era presente il rivelatore, al modulo veniva eseguito un piccolo test del plateau 

al fine di verificare se, durante gli spostamenti, il modulo aveva subito qualche varia- 

zione e per controllare la sua affidabilitá. Sostanzialmente non veniva eseguito un test 

completo del plateau, ma vengono solamente registrati i conteggi a determinate tensio- 

ni:5200,5500,5800V. Se i conteggi erano consistenti con le misure fatte precedentemente, 

ed ogni canale aveva un buon comportamento, il modulo poteva essere installato. 

4.4.3 Verifica connettori HV 

Le connessioni dell’HV utilizzate durante i test preliminari, e le connessioni HV finali, 

erano differenti. Mentre le prime erano un unico pezzo composto da ”box” (Fig. 4.8) e 

cavo che terminava con delle boccole che andavano collegate all’alimentatore, le seconde 

erano divise in due parti: una prima parte composta dalle box e da un piccolo pezzo


di cavo che terminava con un connettore, la seconda possedeva una terminazione con 

boccole ed un connettore che andava inserito nella prima parte. 

Figura 4.8: Disegno tridimensionale dei connettori per l’alta tensione. 

La verifica del connettore era importante, in quanto, qualora avesse presentato dei 

problemi, poteva essere immediatamente sostituito senza doverlo fare una volta inseriti i 

moduli nell’IFR, il che avrebbe rallentato le procedure di installazione. 

4.5 Tests post-inserimento 

L’inserimento dei moduli, eseguito da parte dei tecnici di Princeton, avveniva partendo 

dallo strato 18 (quello piú esterno) per poi proseguire fino allo strato 1 (piú interno). 

Il tempo di inserimento di uno strato dipendeva dal numero di moduli da installare, in 

quanto, vista la struttura del rivelatore, uno strato lontanto dalla zona di interazione é piú 

largo di un strato vicino. Generalmente, l’installazione di un sestante avveniva in 5 giorni: 

1 ◦ giorno Installazione dello strato 18 ed inserimento delle z-strips;


2 ◦ giorno Installazione degli strati 17-16; 

3 ◦ giorno Installazione degli strati 14-12-10-8; 

4 ◦ giorno Completamento installazione; 

5 ◦ giorno Qualora non si fosse riusciti ad installare lo strato 1 il giorno precedente, veniva 

installato in questo giorno. 

Nelle figure 4.9 e 4.10 é possibile vedere come venivano cablati i cavi di segnale ed i 

cavi che portavano l’alimentazione agli LST. 

Figura 4.9: Cablaggio dei cavi del segnale. 

Figura 4.10: Cablaggio dei cavi dell’HV (high 

voltage). 

Lo strato 1 dei sestanti 1-2-0, erano problematici in quanto non avendo nessun so- 

stegno meccanico, si era reso necessario modificare quelli presenti che sostenevano le 

RPC. 

Una volta inserito uno strato, per controllare che durante l’inserimento nulla si fosse 

danneggiato, era necessario condurre una serie di test. Il primo test era esattamente lo 

stesso della misura della resistenza dei cavi di segnale. 

In Fig. 4.11 é possibile vedere la configurazione di un sestante dopo l’installazione.


Figura 4.11: Immagine del sestante 3 dopo l’installazione.


4.5.1 Test con l’impulsatore 

Questo test, veniva effettuato immediatamente dopo l’inserimento dei moduli di uno 

strato, e controllava che tutte le connessioni fossero corrette e che l’elettronica funzio- 

nasse. Si utilizzava un impulsatore collegato ai cavi di alimentazione dei moduli e si 

impulsava una onda quadra con una larghezza di 200µs, una ampiezza di circa 5V ed 

una frequenza di 30 Hz, per poi osservare,con un oscilloscopio, il segnale indotto sulle 

strip, ed il corrispondente sui fili, direttamente dalle FEC. Questo test era molto impor- 

tante, in quanto ha potuto rilevare errori nel cablaggio dei cavi, e problemi di ”grounding” 

dell’elettronica di lettura. 

4.5.2 Accensione tensione e verifica delle correnti 

Una volta inseriti i moduli, verificate tutte le connessioni ed inserite anche quelle del 

gas, si lasciava flussare per circa due ore la miscela all’interno delle camere, per poi 

accendere l’alta tensione e controllare che le correnti di assorbimento fossero non troppo 

elevate (< 1µA). 

4.5.3 Run di test con cosmici e verifica dei conteggi di ogni canale 

Questo test serviva a controllare che ogni canale funzionasse correttamente. Si pro- 

cedeva quindi facendo partire l’acquisizione dati dell’IFR, per un tempo che variava a 

seconda di quanti eventi si volevano registrare, generalemente 50000, e si andava a veri- 

ficare, attraverso la lettura di un file, che tutti i moduli tenuti sotto tensione, registrassero 

degli eventi. 

4.5.4 Plateau 

Ultimo test in ordine temporale, quello del plateau veniva considerato come quello 

che certificava la buona riuscita dell’inserimento dei moduli (Fig. 4.12). Cambiando le 

tensioni attraverso un’interfaccia EPICS, e registrando i valori del rate, del tempo morto, 

delle tensioni ed il numero del run in un file di testo, i plateau erano ottenuti eseguendo


un programma che generava i plot dei conteggi in funzione delle tensione, per i sestanti 

considerati. 

Figura 4.12: Plateau del modulo 58, dopo la sua installazione nell’ifr. 

4.5.5 Monitoraggio delle correnti 

Questo non era una vera e propria componente dei tests post-inserimento, in quanto si 

cercava sempre di controllare che i moduli non avessero un valore troppo alto di corrente. 

Nel caso in cui fosse successo ció, era previsto un sistema che interrompeva automati- 

camente l’alta tensione al gruppo di canali a cui era collegato il modulo. In Fig.4.13 é 

possibile vedere l’interfaccia EPICS per il monitoraggio delle correnti. 

4.5.6 Verifiche finali eseguite dopo l’installazione 

Nella fase successiva all’installazione, sono state eseguite una serie di verifiche al 

fine di valutare il corretto funzionamento dell’IFR. Visto che grandezze misurabili, come


Figura 4.13: Interfaccia EPICS per il monitoraggio delle correnti.


correnti medie ed andamenti dei plateau, erano conformi agli standard di produzione (Ref. 

[70], [73], [72]), si é quindi proceduto alla ricerca di possibili canali morti nei fili e nelle 

strisce che rilevano la coordinata z. Nella tabella 4.1 é possibile vedere la situazione dei 

canali morti subito dopo l’installazione. 

Sestanti 0 1 2 3 4 5 % sul totale 

Fili 0 1 1 3 2 1 ∼ 0.17% 

Z-strips 1 5 2 5 12 3 ∼ 0.55% 

Tabella 4.1: Situazione dei canali morti di lettura per fili e z-strips aggiornata al 29 Novembre. 

Un altro parametro che indica la buona riuscita dell’installazione é il valore dell’effi- 

cienza. Riportiamo in particolare due differenti tipologie di efficienza: la prima é una ef- 

ficienza media per sestante al variare dei giorni (Fig. 4.14,4.15,4.16,4.17,4.18,4.19), la se- 

conda una efficienza per strato di moduli installati al variare dei sestanti (Fig. 4.20,4.21,4.22, 

4.23,4.24,4.25,4.26,4.27,4.28,4.29,4.30,4.31). 

Figura 4.14: Andamento dell’efficienza del 

sestante 0 nell’ultimo mese. 


sestante 1 nell’ultimo mese.









sestante 5 nell’ultimo mese.


Figura 4.20: Efficienza del 1 ◦ strato di modu- 

li nei vari sestanti, in alto sinistra sestante 1, al 

centro sestante 2 ed in alto a destra sestante 3; 

in basso a sinistra sestante 4, al centro sestante 5 

ed in basso a destra sestante 6. 

Figura 4.22: Efficienza del 3 ◦ strato di moduli 

nei vari sestanti. 




nei vari sestanti.






Figura 4.25: Efficienza dell’8 ◦ strato di moduli 



nei vari sestanti.









nei vari sestanti.

Capitolo 5 

Analisi 

L’argomento di questo capitolo é lo studio del decadimento: 

B ± → J/ψK + K − K ± 

Questo processo é interessante principalmente per due motivi: 

(5.1) 

1. La ricerca di nuove risonanze adroniche nel canale di decadimento J/ψK + K − e 

in particolare la ricerca, in questo canale, della risonanza vettoriale Y(4260). Que- 

sta particella é stata scoperta da BaBar in eventi ISR nel canale di decadimento 

J/ψπ + π − . L’osservazione di questo stato in produzione ISR ha permesso di clas- 

sificarla come una risonanza vettoriale (J P C = 1 −− ). In seguito la Y(4260) é stata 

confermata anche da CLEO e da Belle. CLEO ne ha osservato il decadimento in 

J/ψπ + π − e anche, con un numero limitato di eventi, in J/ψK + K − , per cui sareb- 

be interessante potere confermare questo canale di decadimento con una statistica 

maggiore e quindi in modo piú significativo. 

2. La misura del rapporto di decadimento 

B ± → J/ψφK ± 

(5.2) 

in cui il mesone φ é identificato attraverso il decadimento in K + K − . Questo rap- 

porto di decadimento é giá stato misurato da BaBar con una minore statistica di

Analisi 85 

eventi (Ref. [33]) (5.2 ± 1.7) × 10 −5 ). L’analisi relativa alla nuova misura é in 

corso in BaBar e lo studio del processo (5.1) é interessante per la valutazione del 

fondo del processo (5.2). L’analisi presentata in questo capitolo si riferisce allo stu- 

dio di fattibilitá per la osservazione del decadimento (1) e si concentra quindi sulla 

valutazione dei fondi attraverso simulazioni Monte Carlo. Come verrá discusso 

nelle conclusioni, la naturale evoluzione di questa analisi sará l’estensione al cana- 

le J/ψK0SK0LK, per il quale il rivelatore IFR discusso nei capitoli 3 e 4 risulta di 

fondamentale importanza. 

5.1 Simulazione Monte Carlo 

L’analisi in discussione é stata testata su campioni prodotti da simulazione Monte 

Carlo. In particolare, sono state prodotte quattro diverse tipologie di dati, corrispondenti 

a quattro tipi diversi di canali: 

1. e + e − → Υ(4S) → B + B − 

2. e + e − → Υ(4S) → B 0 B 0 

3. e + e − → Υ(4S) → uu, dd, ss 

4. e + e − → Υ(4S) → cc 

Quando si vuole analizzare dei campioni prodotti é importante che la luminositá dei 

vari canali sia la stessa, nel nostro caso fissata a 100 fb −1 . Poiché i dati sono suddivisi 

in n-tuple, nel nostro caso contenenti 100000 eventi, per calcolare il numero di eventi 

utilizziamo la seguente equazione: 

N = L · σ (5.3) 

dove N indica il numero di eventi, L la luminositá e σ (Tab. 5.1) la sezione d’urto per un 

determinato canale di studio. 

É stato necessario produrre n-tuple in quattro differenti canali: i processi 1 e 2 con- 

tribuiscono sia al segnale che al fondo, mentre 3 e 4 contribuiscono solo al fondo. Dal

86 Analisi 

campione di eventi cosi generati viene estratto un campione ridotto, chiamato skim, che 

si ottiene selezionando gli eventi contenenti un candidato J/ψ che decade in una coppia 

e + e − oppure µ + µ − . Nel calcolo del numero di eventi per ogni singolo canale, tramite la 

formula 5.3, si deve perció considerare anche l’efficienza di skim. Possiamo vedere in 

Tab.5.1 le efficienze per gli skim dei diversi canali. 

Processo Sezione d’urto (nb) 

BB σ BB ≈ 1.05 

udsuds σ udsuds ≈ 2.01 

cc σcc ≈ 1.3 

Tabella 5.1: Sezioni d’urto dei differenti canali studiati. 

Processo Efficienze di skim 

B 0 B 0 ɛ BB ≈ 0.49 

B + B− ɛB + B− ≈ 0.57 

udsuds ɛ udsuds ≈ 0.08 

cc ɛcc ≈ 0.08 

Tabella 5.2: Efficienze di skim dei differenti canali studiati. 

Quindi la formula finale, tenuto conto delle efficienze, sará 

N = L · σ · ɛ (5.4) 

Riportiamo in Tab.5.1 il numero di eventi, necessario allo studio in questione. 

Nella produzione di tali n-tuple i vincoli fisici imposti erano che il mesone B decadesse 

in quattro corpi ed in particolare in J/ψKKK, che la J/ψ decadesse a suo volta in leptoni 

carichi. Dato che nella produzione di eventi BB, la simulazione teneva comunque conto 

del fondo, per stimare il segnale senza la presenza del fondo, si sono prodotte n-tuple 

con un pacchetto software denominato Moose, che genera eventi puri di segnale, che

Analisi 87 

Processo n ◦ eventi ×10 6 

B 0 B 0 ≈ 30 

B + B − ≈ 26 

udsuds ≈ 10 

cc ≈ 16 

Tabella 5.3: Numero di eventi per ogni canale studiato alla luminosiá di 100 fb −1 . 

serviranno successivamente per capire di quanto l’efficienza di ricostruzione dei mesoni 

B cala al variare dei tagli che impongo su determinate variabili. 

5.1.1 Fondo 

I possibili tipi di fondo sono sostanzialmente due: 

• fondo combinatorio, senza alcuna struttura nella distribuzione di mES; 

• fondo con picco in mES (eq. 5.5), dovuto al canale di decadimento considerato. 

Analizzeremo di seguito le principali caratteristiche dei due fondi. 

Fondo combinatorio 

Fanno parte di questa categoria quelle tracce che superano la selezione e che combi- 

nandosi casualmente contribuiscono alla ricostruzione del mesone B. Questo fondo puó 

provenire sia da eventi e + e − → qq, con q = u, d, s (continuo), sia da eventi e + e − → bb 

(generico). 

Fondo con picco in mES 

Il fondo con picco in mES é dovuto ai canali di decadimento del mesone B legger- 

mente diversi da quello cercato. In tale caso poiché le tracce provengono da un B reale, il 

valore di mES é vicino alla massa del B e perció danno contributi alla regione appartenente 

al segnale.

88 Analisi 

5.2 Ricostruzione dei B 

dove 

Al fine di ricostruire i mesoni B, si studiano due variabili definite come mES e ∆E 

mES = 

 

( 1 

2s + p0 · pB) 2 

E2 − p 

0 

2 B 

(5.5) 

con s si indica la massa invariante del sistema e + e − al quadrato, p0 e pB sono gli impulsi 

del sistema elettrone-positrone e del candidato B nel sistema di riferimento del labora- 

torio ed E0 é l’energia del fascio. Ovviamente esprimendo tale variabile nel sistema di 

riferimento del centro di massa avrebbe la forma: 

mES = 

 

E 2 beam − p2 B 

(5.6) 

dove Ebeam é l’energia nominale del fascio. Quindi la risoluzione nella variabile mES, 

dipende dalla risoluzione in energia del fascio. L’altra variabile é invece definita come 

∆E = 2qBq0 − s 

2 √ s 

(5.7) 

dove 2 √ s = 2Ebeam, qB é il quadrimpulso del B e q0 é il quadrimpulso del sistema e + e − . 

Nel sistema del CM tale espressione diventerebbe 

∆E = EB − E (5.8) 

ovvero la differenza tra l’energia ricostruita e l’energia attesa del B. 

Poiché in un evento é possibile che ci sia più di un candidato B, ovvero più tracce con 

cui é possibile ricostruire il decadimento considerato, si sceglie il B che ha, ovviamente, 

una ∆E minore. 

5.2.1 Variabili discriminanti 

Al fine di separare il fondo dal segnale, si sono scelte come variabili, utilizzate di so- 

lito nelle analisi di BaBar, AbsT, L2norm, R2, Costh e BMomentum, la cui descrizione 

é riportata di seguito. É importante sottolineare che nel processo e + e − → bb é neces- 

sario sfruttare tutta l’energia per produrre una coppia di mesoni B, praticamente fermi.

Analisi 89 

Mentre la distribuzione degli eventi bb é isotropa, come é possibile notare in Fig. 5.1, la 

distribuzione per qq, con q = u, d, s, é concentrata attorno ad un asse. 

Figura 5.1: Per eventi di tipo bb la distribuzione dei prodotti di decadimento é isotropa (sinistra), 

mentre per eventi qq si concentra lungo un asse, definito asse di sfericitá. 

AbsT: valore assoluto del coseno del ”thrust” ossia il valore del coseno dell’angolo di 

thrust, definito come l’angolo tra l’asse di thrust e l’impulso della B ricostruita. 

L’asse T di thrust é definito come la direzione che massimizza la somma degli im- 

pulsi longitudinali pi di tutte le particelle prodotte ad eccezione di quelle utilizzate 

per ricostruire il candidato B, ovvero deve essere massima la seguente espressione: 

 

( J · pi) J= T b 

Il valore assoluto del coseno di tale angolo, sará allora espresso da 

i 

| cos(θthrust)| = |pB · T | 

|pB| 

(5.9) 

(5.10) 

L2norm: rapporto tra i polinomi di Legendre di grado 2 e 0 Tali polinomi sono defi- 

niti come somme scalari degli impulsi pesati con la direzione. In particolare: 

L0 = 

N 

i=1 

pi 

(5.11)

90 Analisi 

L2 = 

N 

i=1 

pi × 1 

2 (3 cos2 (θi) − 1) (5.12) 

dove N indica le tracce che non contribuiscono alla ricostruzione dell’evento. 

R2: rapporto tra il momento di Wolfram di grado 2 e di grado 0 In generale il momen- 

to di Wolfram di grado l é definito: 

Hl = 

i,j 

|pi| · |pj| 

E2 Pl(cos θij) (5.13) 

vis 

dove con Pl si indicano i polinomi di Legendre, pi,j sono i momenti delle particelle, 

θij é l’angolo tra la particella i e j e Evis é l’energia totale visibile di un evento. Per 

eventi a jet, H1 = 0 e Hl ∼ 1 per l pari, ∼ 0 per l dispari. 

Costh: coseno dell’angolo formato dal mesone B carico con l’asse z. 

BMomentum: modulo del tri-impluso del mesone B ricostruito. 

5.2.2 Scelta e studio delle variabili discriminanti 

La scelta delle variabili discriminanti viene effettuata in base allo studio delle loro 

distribuzioni per il segnale e per il fondo, imponendo che non vi sia una correlazione, 

al fine di ottimizzare il piú possibile i tagli. In una prima fase di studio (Fig. 5.2,5.3) 

si sono utilizzate le prime tre variabili descritte precedentemente, ma durante lo studio 

delle correlazioni si é notato che la variabile L2norm e AbsT avevano una correlazione 

abbastanza elevata, circa del 78%. Si é cercato allora di introdurre una nuova variabile 

(Costh) (Fig. 5.4, 5.5) e si é notato che questa era completamente scorrelata dalle altre, 

per cui poteva essere una buona variabile discriminante, eliminando quella correlata (Fig. 

5.6, 5.7). Successivamente si é notato che anche la distribuzione della variabile ”BMo- 

mentum” era differente per il fondo e per il segnale, quindi studiandone la correlazione 

con le precedenti (Fig. 5.8, 5.9), si é visto che poteva anch’essa essere una variabile 

discriminante.

Analisi 91 

Figura 5.2: Correlazione fra le variabili 

utilizzate nella prima fase di studio (fondo). 


utilizzate nella seconda fase di studio (fondo). 


utilizzate nella terza fase di studio (fondo). 


utilizzate nella prima fase di studio (segnale). 


utilizzate nella seconda fase di studio (segnale). 


utilizzate nella terza fase di studio (segnale).

92 Analisi 


utilizzate nell’ultima fase di studio (fondo). 

Normalized 

0.016 

0.014 

0.012 

0.01 

0.008 

0.006 


utilizzate nell’ultima fase di studio (segnale). 

Background 

Signal 

0.004 

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 

AbsT 

Figura 5.10: Distribuzione della variabile ”AbsT” per il fondo (rosso) e segnale (blu).

Analisi 93 

Normalized 

0.05 

0.04 

0.03 

0.02 

0.01 

Background 

Signal 

0 

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 

R2 

Figura 5.11: Distribuzione della variabile ”R2” per il fondo (rosso) e segnale (blu).

94 Analisi 

Normalized 

0.1 

0.08 

0.06 

0.04 

0.02 

Background 

Signal 

0 

0.9 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1 

Costh 

Figura 5.12: Distribuzione della variabile ”Costh” per il fondo (rosso) e segnale (blu).

Analisi 95 

Normalized 

0.05 

0.04 

0.03 

0.02 

0.01 

Background 

Signal 

0 

1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 

BMomentum 

Figura 5.13: Distribuzione della variabile ”BMomentum” per il fondo (rosso) e segnale (blu).

96 Analisi 

5.3 Fit di Mes 

Nella sezione 5.1.1 abbiamo trattato due tipologie di fondo: fondo combinatorio e fon- 

do con picco in mES. Si assume che la prima tipologia, nel caso continuo, sia distribuita 

in mES come una funzione di Argus: 

A(mES) = ζ1 · mES · 

 

1 − 

2 mES 

m0 

· e ζ2 

“ 

1− m ” 2 

ES 

m0 (5.14) 

dove con ζ1 si indica un fattore di normalizzazione e con ζ2 il fattore responsabile della 

curvatura della funzione. 

Nel nostro caso si osserva che il fondo combinatorio é distribuito secondo una funzio- 

ne che ha un parametro di curvatura pari a 

ζ2 = (−22 ± 1) 

Se si analizza il fondo combinatorio peró di tipo generico, si osserva che questo 

contribuisce alla componente del fondo di picco in mES. 

Per analizzare il fondo di ”peaking”, si é utilizzata la somma di una Argus e di una 

Gaussiana: 

f(x) = ζ1 · mES · 

 

1 − 

2 mES 

m0 

· e ζ2 

“ 

1− m ” 2 

ES 

m0 + RP e − (m ES −M P ) 

2σ 2 P (5.15) 

Per eseguire tale analisi, e quindi impostare l’intervallo entro cui i parametri della 

funzione Argus variano, ci si é basati sul segnale generato con Moose, vale a dire, si 

cerca la migliore gaussiana che approssima il segnale (Fig. 5.14) trovandone la σ e la si 

inserisce nel programma che trova la miglior combinazione Argus-gaussiana, per il fondo 

e per il segnale (Fig. 5.15).

Analisi 97 

Events/1 MeV 

Events/1 MeV 

220 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

5.2 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 5.3 

Mes (GeV/c^2) 

400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

Figura 5.14: Fit della variabile mES generata con Moose (canale carico). 

0 

5.2 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 5.3 

Mes (GeV/c^2) 

Figura 5.15: Fit della variabile mES segnale+fondo (canale carico).

98 Analisi 

Events/1 MeV 

Events/1 MeV 

220 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

5.2 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 5.3 

Mes (GeV/c^2) 

Figura 5.16: Fit della variabile mES generata con Moose (canale neutro). 

0 

5.2 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 5.3 

Mes (GeV/c^2) 

Figura 5.17: Fit della variabile mES segnale+fondo (canale neutro).

Analisi 99 

5.4 Risultati ottenuti e sviluppi futuri 

Studiando le possibili variabili discriminanti ci si é resi conto che alcune distribuzioni 

per il fondo e per il segnale sono simili. É probabile che analizzando ulteriori distribu- 

zioni, si possono trovare altre variabili e tagli permettendo quindi di minimizzare il piú 

possibile il fondo. Rispetto all’analisi in J/ψφK, si é riscontrato un valore del fondo 

elevato rispetto ad un possibile segnale esistente, forse dovuto al fatto che non viene sele- 

zionata una φ. I contributi al fondo con picco in mES sono molteplici, e nascondono cosí 

il segnale cercato. I contributi al picco nella variabile studiata, derivano dai differenti ca- 

nali analizzati (Fig. 5.18,5.19,5.20, 5.21 nel caso del decadimento della Υ(4S) in B + B − ; 

Fig.5.22,5.23,5.24, 5.25 nel caso del decadimento della Υ(4S) in B 0 B 0 ). 

Mes 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

5.2 5.22 5.24 5.26 5.28 

htemp 

Entries 13058 

Mean 5.244 

RMS 0.0252 

Figura 5.18: Contributo alla variabile mES dovuto al canale B + B − . 

Mes

100 Analisi 

Mes 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

5.2 5.22 5.24 5.26 5.28 

htemp 

Entries 11018 

Mean 5.24 

RMS 0.0238 

Figura 5.19: Contributo alla variabile mES dovuto al canale B 0 B 0 . 

Mes 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

5.2 5.22 5.24 5.26 5.28 

Mes 

htemp 

Entries 216 

Mean 5.243 

RMS 0.02293 

Figura 5.20: Contributo alla variabile mES dovuto al canale uds. 

Mes

Analisi 101 

Mes 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

htemp 

Entries 252 

Mean 5.243 

RMS 0.02431 

0 

5.2 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 

Mes 

Figura 5.21: Contributo alla variabile mES dovuto al canale cc. 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

5.2 5.22 5.24 5.26 5.28 

htemp 

Entries 13055 

Mean 5.241 

RMS 0.0238 

Figura 5.22: Contributo alla variabile mES dovuto al canale carico B + B − . 

Mes

102 Analisi 

Mes 

220 

200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

5.2 5.22 5.24 5.26 5.28 

htemp 

Entries 11018 

Mean 5.243 

RMS 0.02503 

Figura 5.23: Contributo alla variabile mES dovuto al canale B 0 B 0 . 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

Mes 

htemp 

Entries 215 

Mean 5.241 

RMS 0.02354 

5.2 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 

Mes 

Figura 5.24: Contributo alla variabile mES dovuto al canale uds.

Analisi 103 

18 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

htemp 

Entries 250 

Mean 5.238 

RMS 0.02463 

5.2 5.21 5.22 5.23 5.24 5.25 5.26 5.27 5.28 5.29 

Mes 

Figura 5.25: Contributo alla variabile mES dovuto al canale cc. 

Si prova ora a dare una stima del branching ratio di decadimento del mesone B in 

J/ψφK, analizzando la massa invariante dei kaoni. 

Approssimando la distribuzione della massa invariante dei kaoni (Fig. 5.26,5.27), con 

la somma di una distribuzione gaussiana e di una polinomiale, possiamo stimare il numero 

di eventi che contribuiscono al segnale ed il numero di eventi che fanno parte del fondo. In 

particolare per calcolare questi ultimi si é studiata la distribuzione della massa invariante 

dei kaoni per eventi che hanno un valore in Mes compreso tra 5.25 e 5.27 GeV/c 2 , ovvero 

quella regione chiamata sideband.

104 Analisi 

Events 

Events 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

1 1.05 1.1 1.15 1.2 

Invariant Mass KK (GeV/c^2) 

Figura 5.26: Ditribuzione della massa invariante dei due kaoni nel caso del canale carico. 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

1 1.05 1.1 1.15 1.2 


Figura 5.27: Ditribuzione della massa invariante dei due kaoni nel caso del canale neutro.

Analisi 105 

Events 

Events 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

1 1.05 1.1 1.15 1.2 


Figura 5.28: Ditribuzione della massa invariante dei due kaoni nella sideband nel caso del canale 

carico. 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

1 1.05 1.1 1.15 1.2 


Figura 5.29: Ditribuzione della massa invariante dei due kaoni nella sideband nel caso del canale 

neutro.

106 Analisi 

Nφpeak 

Per calcolare il numero di eventi di segnale si é utilizzata la seguente formula: 

dove: 

Nφsideband 

Nsignal = Nφpeak 

− Nφsideband · Nbkgsideband 

Nbkgtotal 

(5.16) 

é il numero totale di eventi che formano la φ e che derivano da un mesone B con 

un valore di Mes > 5.27 GeV/c 2 ; 

é il numero totale di eventi che mi formano la φ e che derivano da un mesone 

B con un valore di 5.25 < Mes < 5.27 GeV/c 2 ; 

Nbkgsideband é il numero di eventi di fondo nella regione di sideband; 

Nbkgtotal é il numero di eventi di fondo totali nella regione con Mes > 5.25 GeV/c 2 . 

Utilizzando la seguente formula: 

B(B ± → J/ψφK ± ) = 

otteniamo i seguenti risultati: 

Canale carico 

Canale neutro 

n ◦ eventi di segnale 

eventi totali · ɛMoose · B(φ → K + K − ) · B(J/ψ → l + l − ) 

B(B ± → J/ψK + K − K ± ) = (2.42 ± 0.24) · 10 −4 

B(B 0 → J/ψK + K − K0S ) = (1.90 ± 0.21) · 10−4 

(5.17) 

(5.18) 

Gli errori nelle eq. 5.17, 5.18 sono solo errori statistici. A questi si devono aggiungere 

gli errori sistematici. Le principali fonti di errore sistematico sono le seguenti: 

1. Rapporti di decadimento φ → KK, J/ψ → l + l − , che danno un contributo com- 

plessivo dell’ordine del 2%; 

2. L’efficienza di ricostruzione del segnale, calcolata con Moose, dell’ordine dell’1%;

Analisi 107 

3. L’incertezza derivante dall’assunzione che il fondo ”peaking” sia distribuito unifor- 

memente rispetto alla variabile Mes. La valutazione di questo contributo richiede 

ulteriori studi e al momento non é possibile stimarne l’ordine di grandezza. 

I risultati 5.17, 5.18 sono maggiori di un fattore circa 2 rispetto al valore (0.9 × 10 −4 ) 

utilizzato nel programma Monte Carlo per la generazione degli eventi. 

Alla luce delle considerazioni fatte riguardo gli errori sistematici, questo risultato 

preliminare costituisce un buon punto di partenza per l’analisi oggetto di questa tesi, in 

quanto indica che il fondo per questo canale é sotto controllo. 

bile. 

In conclusione gli studi di fattibilitá discussi in questa tesi dimostrano: 

1. Buona efficienza di ricostruzione del segnale ( 21% canale carico e 19% canale 

neutro); 

2. Il fondo u, d, s e cc non dá un contributo rilevante e quindi non sono necessari 

ulteriori tagli ”ad hoc” per la sua rimozione. 

3. la componente dominante del fondo BB ha un livello accettabile. 

Queste considerazioni permettono quindi di concludere che la misura proposta é fatti

Conclusioni 

L’esperimento BaBar é attualmente in presa dati presso lo Stanford Linear Accelerator 

Center con l’Instrumented Flux Return completamente rinnovato, grazie alla sostituzione 

degli RPC con gli LST. Come si é descritto nei capitolo precedenti tale sostituzione si 

é completata nell’autunno del 2006 con l’installazione dei rimanenti quattro sestanti. I 

test effettuati nella fase precedente e successiva all’installazione hanno confermato una 

grande affidabilitá di tali camere a tracciamento. 

Il ”nuovo” IFR, vista l’alta efficienza di tali rivelatori, permetterá l’acquisizioni di 

nuovi tipi di decadimento dei mesoni B, come per esempio quello esposto nel capitolo 

riguardante l’analisi, in cui si é valutato un fondo con picco nella variabile mES abbastan- 

za elevato. Ulteriori studi sono necessari, in particolare il decadimento in J/ψK0S K0LK rilevabile attraverso l’IFR, al fine di valutare accuratamente i fondi presenti, per poi prose- 

guire allo studio dei tagli da effettuare sulle variabili discriminanti e scoprire un possibile 

decadimento della Y(4260) studiando il sistema dello stato di charmonio unito ai due 

kaoni.

Analisi 109 

Figura 5.30: Immagine del primo muone cosmico rilevato con il ”nuovo” IFR.

110 Analisi 

Non riesco a concepire un vero scienziato senza una fede profonda. 

La situazione puó esprimersi con un’immagine: la scienza senza la religione é zoppa; 

la religione senza la scienza é cieca. 

Albert Einstein

Ringraziamenti 

Qualsiasi lavoro umano, nasce dal contributo di una pluralitá di artefici che agiscono 

per una buona riuscita. Alcuni di questi si muovono in primo piano altri invece, agiscono 

piú di nascosto, ma non per questo non lasciano un segno indelebile. La stesura di una 

tesi non fa alcuna eccezione. 

Per questi motivi devo sentitamente ringraziare tutti quelli che hanno dato il loro 

contributo, sperando di non dimenticare nessuno. 

Il primo pensiero va al prof. Diego Bettoni che, con le sue grandi doti umane in 

primis e professionali, ha dato un grande contributo alla buona riuscita di questo lavoro, 

incoraggiandomi sempre nei momenti di difficoltá, dimostrando una grande fiducia nei 

miei confronti ed una costante disponibilitá. 

Desidero ringraziare il prof. Roberto Calabrese per avermi concesso l’opportunitá di 

partecipare all’installazione degli LST, per aver reso il clima dell’installazione amichevole 

e per avermi sempre dimostrato la sua fiducia e la grande comprensione nei miei confronti. 

Un doveroso grazie anche al dott. Matteo Negrini, perché senza la sua enorme pa- 

zienza nel seguirmi durante l’analisi ed i suoi consigli utilissimi molto probabilmente non 

sarei arrivato fin qui. 

Un ringraziamento particolarissimo vanno alle due persone che mi hanno accompa- 

gnato per i miei tre mesi di soggiorno in America, Gigi e Valentina, ai quali va tutta la 

mia riconoscenza per la loro disponibilitá, per l’amicizia dimostrata, per le chiacchera- 

te....insomma per tutto. Grazie veramente di cuore. 

E perché non ringraziare anche tutto il mitico team ferrarese che ha partecipato all’in- 

stallazione, Federico, Angelo, Roberto, Luca, Antonio, con i quali il clima creato é stato

112 RINGRAZIAMENTI 

veramente eccezionale e amichevole. 

Grazie anche alla dott.ssa Elisabetta Prencipe e dott.ssa Annalisa Cecchi, per avermi 

seguito in questi mesi e per avermi dato una mano ad entrare nel mondo dell’analisi. 

Un ringraziamento particolare va a papá e mamma per il sostegno morale durante tutto 

il corso degli studi e soprattutto in questi ultimi tempi, per aver sempre creduto in me, per 

non avermi mai fatto mancare nulla e fatto enormi sacrifici affinché io potessi realizzare il 

grande sogno della mia vita. Un pensiero particolare va a mio fratello Stefano, per avermi 

dato sempre una mano sotto il punto di vista informatico e per la sua infinita disponibilitá 

ad aiutarmi e alla mia sorellina Miriam, che oramai sta crescendo, ma resterá per me 

sempre piccola, perché anche lei mi ha sopportato parecchio in questo ultimo periodo, 

nel suo piccolo, dimostrandosi sempre l’unica mia ”compagna di merende” e perché mi 

regala sempre un sorriso. 

Ringrazio la mia mitica staff, Alessandra, Dario, Paride, Valeria, perché penso che, 

senza la loro amicizia, la loro comprensione, i loro sorrisi, le indimenticabili esperienze 

scout e le notti passate a ridere come pazzi, forse sarebbe stato tutto piú difficile. Li 

ringrazio inoltre per la loro vicinanza in questi mesi e per essersi fatti in quattro per i 

ragazzi che il buon Dio ci ha affidato. 

Ai miei compagni scout piú fidati, Alessandro, Chiara, Pietro, Aurora, Piergiovanni, 

Simone, Claudio, perché le chiaccherate fatte, le esperienze che da qua a otto viviamo 

insieme, sicuramente mi hanno cambiato come persona e mi hanno aiutato a comprendere 

la bellezza della vita ed il valore piú profondo dell’amicizia. 

A queste persone penso che un ringraziamento sia poco e forse le parole non riescono 

veramente ad esprimere a pieno ció che il cuore vorrebbe dire. A Serena, Francesca e 

Genny, perché penso che durante i mesi passati in America, ho sempre avuto 3 angeli 

custodi che vegliavano su di me e si sono dimostrate SEMPRE delle vere Amiche. Sento 

che sono stato molto fortunato ad incontrarvi lungo il mio cammino e l’amicizia che ci 

lega é veramente forte. Grazie infinite con tutto il mio cuore. 

Un pensiero del tutto particolare va ai miei compagni di corso: Giorgio, Filiberto, 

Giulia, Silvia, Martina perché la loro Amicizia continua da sei anni a questa parte e sono 

persone a dir poco eccezionali, di una bontá e disponibilitá infinita.

RINGRAZIAMENTI 113 

Ringrazio altresì Adriano, Mirco e Stefano: la loro simpatia, complicità e allegria 

hanno reso memorabili i momenti trascorsi insieme e poi....dove li trovo tre come voi!! 

Grazie anche ad Attilia, perché oltre ad avermi aiutato con l’inglese, si é dimostrata 

una grande persona dandomi consigli di ogni genere. 

Un grazie particolare va a tutte quelle persone che hanno saputo regalarmi un sorri- 

so, hanno saputo trasmettermi emozioni, con cui ho condiviso esperienze indimenticabi- 

li, chiaccherate lunghissime e risate fuori da ogni normalitá: Giulia, Francesca, Fabio, 

Ruggero, Roberto e Steve. 

Desidero ricordare anche il mio amico batterista Lorenzo, ed i suoi mitici due fra- 

telli Giovanni e Michele perché, oltre a dispensarmi consigli su come suonare, si sono 

dimostrati dei veri amici. 

Un ultimo ringraziamento, ma solo come collocazione, va al prof. Lorenzo Ghezzi, 

che fin da quando ha saputo che mi sarei iscritto a fisica, ha sempre creduto che ce l’avrei 

fatta ed al liceo ha fatto scaturire in me l’amore per questa fantastica materia, che richiede 

tanti sforzi, ma la sua bellezza sta nel fatto che c’é sempre qualcosa da scoprire e non si é 

mai arrivati.

Elenco delle figure 

1.1 Segnale visto a SLAC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 

1.2 Segnale visto a Brookhaven. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 

1.3 Andamento di αs in funzione della distanza. . . . . . . . . . . . . . . . . 12 

1.4 Potenziale non relativistico di interazione fra quark. . . . . . . . . . . . . 12 

1.5 Meccanismo di produzione del charmonio nella annichilazione pp . . . . 13 

1.6 Meccanismo di produzione del charmonio nella annichilazione e + e − . . . 14 

1.7 Meccanismo di produzione del charmonio nella collisione γγ. . . . . . . 15 

1.8 Meccanismo di produzione del charmonio nel decadimento dei mesoni B. 15 

1.9 Meccanismo di produzione del charmonio atteaverso il processo ISR. . . 16 

1.10 Spettroscopia del charmonio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 

1.11 Stato η ′ c visto da Belle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 

1.12 hc vista da E760 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 

1.13 Stati del charmonio sopra la soglia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 

1.14 X(3872) vista da Belle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 

1.15 X(3872) vista da BaBar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 

1.16 X(3872) vista da CDF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 

1.17 Y(3940) vista da Belle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 

1.18 X(3940) vista da Belle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 

1.19 Y(4260) vista da BaBar e CLEO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 

1.20 Y(4260) vista da Belle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

ELENCO DELLE FIGURE 115 

2.1 Sezione tridimensionale del rivelatore BaBar.Si puó vedere il Silicon Ver- 

tex Tracker (SVT), la Drift Chamber (DCH), il Detector Internally Re- 

fleted Čerenkov light (DIRC), l’ Electromagnetic Calorimeter (EMC), il 

Superconductive solenoid e l’ Instrumented Flux Return (IFR). . . . . . . 36 

2.2 Sezione tridimensionale dell’Instrumented Flux Return. . . . . . . . . . . 37 

2.3 Calo di efficienza degli RPC al trascorrere dei mesi. In rosso é eviden- 

ziata l’efficienza media di tutti gli RPC, in blu la frazione degli RPC con 

efficienza media superiore al 10% ed in verde la frazione degli RPC con 

efficienza media minore del 10%. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 

2.4 Struttura schematica di una Resistive Plate Chamber. . . . . . . . . . . . 40 

3.1 Dimensioni interne di un LST. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 

3.2 Dimensioni tecniche della camicia di rivestimento. . . . . . . . . . . . . 43 

3.3 Vista tridimensionale di un modulo di LST. . . . . . . . . . . . . . . . . 43 

3.4 Vista tridimensionale della parte terminale di un rivelatore LST, con endcap, 

clip e wire holder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 

3.5 Schema di un LST con tutte le sue componenti. . . . . . . . . . . . . . . 44 

3.6 Foto di un rivelatore LST parzialmente inserito nella camicia di PVC. . . 45 

3.7 Carica raccolta in funzione della tensione applicata. . . . . . . . . . . . . 47 

3.8 Immagine delle strip per la lettura della coordinata z. . . . . . . . . . . . 49 

3.9 Immagine di un modulo con due tubi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 

3.10 Macchina utilizzata per depositare lo strato di grafite. . . . . . . . . . . . 53 

3.11 Macchina utilizzata per la misura della resistivitá. . . . . . . . . . . . . . 54 

3.12 Calcolo della pendenza del plateau attraverso l’algoritmo descritto. . . . . 59 

3.13 Sorgente utilizzata per il test dello scan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 

4.1 Numerazione dei sestanti di BaBar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 

4.2 Immagine della Collider Hall allo Stanford Linear Accelerator Center. . . 66 

4.3 Esempio di plateau prodotto con l’interfaccia grafica sviluppata in LabView. 67 

4.4 Esempio di plateau contenente un canale morto. . . . . . . . . . . . . . . 68 

4.5 Esempio di plateau contenente un canale con un elevato numero di conteggi. 69

116 ELENCO DELLE FIGURE 

4.6 Esempio di rivelatore LST senza una zona di plateau. . . . . . . . . . . . 69 

4.7 Transport frame utilizzato per l’installazione. . . . . . . . . . . . . . . . 72 

4.8 Disegno tridimensionale dei connettori per l’alta tensione. . . . . . . . . 73 

4.9 Cablaggio dei cavi del segnale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 

4.10 Cablaggio dei cavi dell’HV (high voltage). . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 

4.11 Immagine del sestante 3 dopo l’installazione. . . . . . . . . . . . . . . . 75 

4.12 Plateau del modulo 58, dopo la sua installazione nell’ifr. . . . . . . . . . 77 

4.13 Interfaccia EPICS per il monitoraggio delle correnti. . . . . . . . . . . . 78 

4.14 Andamento dell’efficienza del sestante 0 nell’ultimo mese. . . . . . . . . 79 






4.20 Efficienza del 1 ◦ strato di moduli nei vari sestanti, in alto sinistra sestante 

1, al centro sestante 2 ed in alto a destra sestante 3; in basso a sinistra 

sestante 4, al centro sestante 5 ed in basso a destra sestante 6. . . . . . . 81 

4.21 Efficienza del 2 ◦ strato di moduli nei vari sestanti. . . . . . . . . . . . . . 81 


4.23 Efficienza del 4 ◦ strato di moduli nei vari sestanti. . . . . . . . . . . . . 81 


4.25 Efficienza dell’8 ◦ strato di moduli nei vari sestanti. . . . . . . . . . . . . 82 






4.31 Efficienza del 18 ◦ strato di moduli nei vari sestanti. . . . . . . . . . . . . 83

ELENCO DELLE FIGURE 117 

5.1 Per eventi di tipo bb la distribuzione dei prodotti di decadimento é isotropa 

(sinistra), mentre per eventi qq si concentra lungo un asse, definito asse di 

sfericitá. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 

5.2 Correlazione fra le variabili utilizzate nella prima fase di studio (fondo). . 91 

5.3 Correlazione fra le variabili utilizzate nella prima fase di studio (segnale). 91 

5.4 Correlazione fra le variabili utilizzate nella seconda fase di studio (fondo). 91 

5.5 Correlazione fra le variabili utilizzate nella seconda fase di studio (segnale). 91 

5.6 Correlazione fra le variabili utilizzate nella terza fase di studio (fondo). . . 91 

5.7 Correlazione fra le variabili utilizzate nella terza fase di studio (segnale). . 91 

5.8 Correlazione fra le variabili utilizzate nell’ultima fase di studio (fondo). . 92 

5.9 Correlazione fra le variabili utilizzate nell’ultima fase di studio (segnale). 92 

5.10 Distribuzione della variabile ”AbsT” per il fondo (rosso) e segnale (blu). . 92 

5.11 Distribuzione della variabile ”R2” per il fondo (rosso) e segnale (blu). . . 93 

5.12 Distribuzione della variabile ”Costh” per il fondo (rosso) e segnale (blu). . 94 

5.13 Distribuzione della variabile ”BMomentum” per il fondo (rosso) e segnale 

(blu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 

5.14 Fit della variabile mES generata con Moose (canale carico). . . . . . . . . 97 

5.15 Fit della variabile mES segnale+fondo (canale carico). . . . . . . . . . . 97 

5.16 Fit della variabile mES generata con Moose (canale neutro). . . . . . . . 98 

5.17 Fit della variabile mES segnale+fondo (canale neutro). . . . . . . . . . . 98 

5.18 Contributo alla variabile mES dovuto al canale B + B − . . . . . . . . . . . 99 

5.19 Contributo alla variabile mES dovuto al canale B 0 B 0 . . . . . . . . . . . . 100 

5.20 Contributo alla variabile mES dovuto al canale uds. . . . . . . . . . . . . 100 

5.21 Contributo alla variabile mES dovuto al canale cc. . . . . . . . . . . . . . 101 

5.22 Contributo alla variabile mES dovuto al canale carico B + B − . . . . . . . . 101 

5.23 Contributo alla variabile mES dovuto al canale B 0 B 0 . . . . . . . . . . . . 102 

5.24 Contributo alla variabile mES dovuto al canale uds. . . . . . . . . . . . . 102 

5.25 Contributo alla variabile mES dovuto al canale cc. . . . . . . . . . . . . . 103 

5.26 Ditribuzione della massa invariante dei due kaoni nel caso del canale carico.104 

5.27 Ditribuzione della massa invariante dei due kaoni nel caso del canale neutro.104

118 ELENCO DELLE FIGURE 

5.28 Ditribuzione della massa invariante dei due kaoni nella sideband nel caso 

del canale carico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 

5.29 Ditribuzione della massa invariante dei due kaoni nella sideband nel caso 

del canale neutro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 

5.30 Immagine del primo muone cosmico rilevato con il ”nuovo” IFR. . . . . . 109

Elenco delle tabelle 

1.1 Branching ratios di X(3872). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 

1.2 Branching ratios di X(3940). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 

1.3 Parametri di Y(4260) osservati in differenti esperimenti. . . . . . . . . . 31 

2.1 Spessore delle strisce di ferro nella IFR . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 

3.1 Tabelle riassuntive della produzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 

3.2 Tabella riassuntiva dei parametri di un LST . . . . . . . . . . . . . . . . 51 

3.3 Fasi del condizionamento: tensione e tempi dei 24 passi del processo. . . 57 

4.1 Situazione dei canali morti di lettura per fili e z-strips aggiornata al 29 

Novembre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 

5.1 Sezioni d’urto dei differenti canali studiati. . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 

5.2 Efficienze di skim dei differenti canali studiati. . . . . . . . . . . . . . . 86 

5.3 Numero di eventi per ogni canale studiato alla luminosiá di 100 fb −1 . . . 87

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