Caratterizzazione ottica dei componenti dell’X-ARAPUCA per l’esperimento DUNE

The study of optical properties in the vacuum ultraviolet (VUV) region plays an important role in various scientific fields and in particle physics this is enhanced by the growing utilization of cryogenic noble gasses as scintillating material, in particular in dark matter and neutrino experiments such as the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). In the first chapter of this work I gave an introduction to the neutrino particle by presenting the theoretical and experimental discovery, the neutrino oscillation and a glimpse of accelerator for neutrinos. In the second chapter there is a general overview of DUNE, the most important experiment regarding neutrino physic. Here the goals and the structure of the experiment are shown. In the third chapter the focus has been on the Far Detector of DUNE, in particular on the ARAPUCA and their development, the X-ARAPUCA. The ARAPUCAs are light detectors that have a window entrance made by a dichroic filter coated with a wavelength-shiter. The structure and working principles of the ARAPUCA are presented. In the last chapter of this thesis a detailed analysis of the data obtained from the measurements made with different experimental apparatus is performed. In particular, I focus on the deposition of pTP on new windows, on the pTP conversion efficiency and the transmission efficiency of the dichroic filters.

Lo studio delle proprietà ottiche nella regione del vuoto ultravioletto (VUV) gioca un ruolo importante in diversi campi scientifici e nella fisica delle particelle questo è migliorato dal crescente utilizzo di gas nobili criogenici come materiale scintillante, in particolare negli esperimenti sulla materia oscura e sui neutrini come il Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Nel primo capitolo di questo lavoro ho dato un’introduzione alla particella del neutrino presentando la scoperta teorica e sperimentale, l’oscillazione di neutrino e uno sguardo all’acceleratore per neutrini. Nel secondo capitolo viene fornita una panoramica generale di DUNE, l’esperimento più importante per quanto riguarda la fisica dei neutrini. Qui vengono mostrati gli obiettivi e la struttura dell’esperimento. Nel terzo capitolo l’attenzione si è concentrata sul Far Detector di DUNE, in particolare sugli ARAPUCA e sul loro sviluppo, gli X-ARAPUCA. Gli ARAPUCA sono rivelatori di luce che hanno una finestra di ingresso costituita da un filtro dicroico rivestito con un wavelength-shifter. Vengono presentati la struttura e i principi di funzionamento dell’ARAPUCA. Nell’ultimo capitolo di questa tesi viene eseguita un’analisi dettagliata dei dati ottenuti dalle misurazioni effettuate con diversi apparati sperimentali. In particolare mi sono concentrato sulla deposizione di pTP sulle nuove finestre, sull’efficienza di conversione del pTP e sull’efficienza di trasmissione dei filtri dicroici.