Novel instrumentation for advanced Quantum Chromodynamics studies with flavor sensitivity

La Cromodinamica Quantistica (QCD) è la principale teoria per la comprensione della materia subatomica. Gli sviluppi teorici degli ultimi decenni hanno fornito accesso alle distribuzioni partoniche dipendenti dal momento trasverso (TMDs), parte dello sforzo per ottenere un'immagine tridimensionale della struttura e delle dinamiche interne al nucleone. La diffusione profondamente anelastica semi-inclusiva (SIDIS) polarizzata è un potente strumento per accedere alle TMDs, ma richiede la rivelazione e l'identificazione della componente adronica dello stato finale. La tesi descrive i contributi dell'autore allo spettrometro CLAS12, in funzione presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility, VA, USA, e all'esperimento ePIC in sviluppo per il futuro Electron-Ion Collider (EIC) al Brookhaven National Laboratory, NY, USA. Per CLAS12, l'autore ha partecipato all'installazione di un rivelatore Ring Imaging Cherenkov (RICH) e allo studio dell'asimmetria di fascio con kaoni ad alto momento. Per ePIC, l'autore ha contribuito allo sviluppo di un rivelatore RICH a doppio radiatore per l'identificazione delle particelle cariche, mostrando risultati promettenti per i futuri esperimenti all'EIC.

Quantum Chromodynamics (QCD) is the leading theory for understanding subatomic matter. The theoretical developments of the last decades provide access to Transverse-Momentum-Dependent parton distributions (TMDs), part of the effort to obtain a three-dimensional view of the nucleon structure and inner dynamics. Polarized Semi-Inclusive Deep Inelastic Scattering (SIDIS) is a powerful tool for accessing TMDs but necessitates detecting and identifying hadronic components in the final state. The thesis describes the author’s contributions to the CLAS12 spectrometer in operation at the Thomas Jefferson National Accelerator Facility, VA, USA, and the ePIC experiment under development for the future Electron-Ion Collider (EIC) at the Brookhaven National Laboratory, NY, USA. For CLAS12, the author participated in installing a Ring Imaging Cheernkov (RICH) detector and in studying beam spin asymmetry with high-momentum kaons. For ePIC, the author contributed to developing a dual-radiator RICH detector for charged particle identification, showing promising results for future experiments at the (EIC).