L’attività di ricerca del gruppo s’inserisce nell’ambito della fisica delle particelle con due linee sperimentali.

L’esperimento g-2 vuole eseguire la misura del momento magnetico anomalo del muone con una precisione tale da confermare o smentire una probabile discrepanza con le previsioni teoriche. La misura sperimentale e le previsioni del Modello Standard (MS) differiscono per 3.3-3.6 deviazioni standard e molte estensioni del MS, per es. le supersimmetrie, potrebbero causare questo effetto. Il previsto miglioramento di quattro volte (0.14 ppm) nella precisione sperimentale, rispetto all’esperimento precedente, potrebbe stabilire oltre ogni dubbio un segnale di nuova fisica.

Le attività svolte al suo interno sono indirizzate alla progettazione e costruzione di un sistema di calibrazione e monitoraggio dei fotorivelatori (fotomoltiplicatori di silicio o SiPM) dei calorimetri elettromagnetici dell’apparato sperimentale. Il sistema di calibrazione usa una sorgente di luce laser come riferimento comune, che illumina periodicamente i circa 1300 cristalli del calorimetro. La luce laser è misurata da SiPM, come pure la luce Cherenkov dovuta all’assorbimento dei positroni prodotti nel decadimento dei muoni. Ci si attende che gli impulsi di luce provenienti dalla sorgente comune forniscono una calibrazione affidabile del tempo di rivelazione e migliorino il confronto dell’energia depositata dalle stesse particelle in cristalli diversi, per calibrare la misura dell’energia dei positroni. Il sistema di calibrazione laser monitorerà l’intensità della sorgente di luce comune e la stabilità del sistema di distribuzione della luce ai cristalli, che può essere influenzata da fluttuazioni nel puntamento del fascio laser, vibrazioni meccaniche o invecchiamento degli elementi di trasmissione.

L'esperimento FAMU (Fisica Atomi MUonici) realizzerà la prima misura dello splitting iperfino (hfs) nello stato 1S dell'idrogeno muonico - fornendo informazioni cruciali sulla struttura del protone e sull'interazione muone nucleone. Impiegando un fascio di muoni intenso e impulsato ed un laser nel medio infrarosso ad alta energia che viene sviluppato nell'ambito dell'esperimento collaborando con Elettra Sincrotrone Trieste. FAMU rappresenta un significativo passo avanti nella qualità degli esperimenti spettroscopici con atomi muonici. In particolare l'esperimento permetterà di misurare il parametro rZ legato al raggio del protone chiamato "proton Zemach radius rZ " con precisione superiore a quanto possibile fino ad ora. Questo permetterà di scegliere tra previsioni teoriche discordanti e di quantificare ogni plausibile differenza tra valori rZ come estratti da misure su atomi normali o da misure su atomi muonici. Questo esperimento vuole fare chiarezza a proposito delle anomalie tutt'ora inspiegate a proposito del raggio di carica del proptone rch (proton radius puzzle). 

Un fascio intenso ed impulsato di protoni si entra e si arresta nel bersaglio gassoso di idrogeno formando atomi muonici di idrogeno. La frequenza di risonanza hfs sarà misurata precisamente attraverso il confronto della distribuzione di eventi ottenuti dal trasferimento del muone dall'idrogeno all'atomo di un gas più pesante, aggiunto all'idrogeno, nelle due situazioni con e senza eccitazione dell'impulso laser. Una cavità ad alta riflettività inserita nel bersaglio amplifica l'effetto dell'impulso laser. Lo sforzo teorico e sperimentale di questo esperimento stabilirà nuovi limiti sui parametri della struttura del protone misurando la transizione e fornirà nuovi dati a proposito del rapporto dei fattori di forma magnetico e di carica del protone a basso momento trasferito.