Caratterizzazione di SiPM in ambiente criogenico per il far detector di DUNE

DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) è un esperimento internazionale attualmente in costruzione al laboratorio Fermilab in Illinois, Stati Uniti. Il suo scopo sarà quello di studiare alcuni dei fenomeni e quesiti aperti che riguardano i neutrini: particelle debolmente interagenti facenti parte del Modello Standard. In particolare DUNE intende studiare il fenomeno dell'oscillazione di sapore dei neutrini, osservare neutrini provenienti da supernove e stelle di neutroni per studiarne la formazione e ricercare l'eventuale decadimento dei protoni. L'esperimento sarà formato da due siti sperimentali distanti circa 1300 km tra loro: il Near Detector situato a Fermilab ed il Far Detector, situato al Sanford Underground Research Facility (SURF) in South Dakota. Questa tesi è rivolta in particolare al sistema di fotorivelazione del Far Detector, che utilizza fotomoltiplicatori al silicio (Silicon Photomultipliers, o SiPM). Questi dispositivi dovranno funzionare in condizioni criogeniche in argon liquido, perciò è stata avviata un'intensiva campagna di test volta alla caratterizzazione e validazione dei sensori che saranno montati nell'apparato. La sezione INFN di Bologna è coinvolta in questa campagna e dovrà testare una parte dei SiPM destinati all'impiego in DUNE. A tale scopo è stato realizzato, nei laboratori INFN, un sistema per il test di tali dispositivi in criogenia su larga scala. L'attività di tesi ha previsto la caratterizzazione di diversi SiPM sia a temperatura ambiente sia in criogenia e l'analisi delle distribuzioni statistiche dei parametri di diversi campioni di SiPM.

Calorimetric efficiency of the DUNE experiment

The Deep Underground Neutrino Experiment is a long-baseline neutrino experiment which is under construction in the United States. It will be composed of a Near Detector system located a few hundred meters from the neutrino source at Fermilab and a far detector system composed of four multi-kt LArTPCs at Sanford Underground Research Facility in South Dakota. The experiment will measure the leptonic CP violation phase of the PMNS matrix and discriminate the ordering of neutrino masses. Additional physics goals include detection of neutrinos from supernovae collapse and search for possible proton decay. One component of the Near detector complex is the System for on-Axis Neutrino Detection apparatus, which includes GRanular Argon for Interaction of Neutrinos, a novel liquid Argon detector that aims at imaging neutrino interactions using scintillation light collected by optical system and read-out by SIPM matrix. This thesis work aims at studying the GRAIN performances as a homogeneous calorimeter, able to measure the energy deposited by charged particles in LAr through scintillation photons emitted along their path inside the vessel. The energy calibration of the liquid argon volume required to write (and validate) an efficient software for the detector response simulation to the arrival of scintillation photons.