Caratterizzazione ottica ed elettronica del fotorivelatore X-ARAPUCA per l’esperimento di oscillazione di neutrini DUNE

This thesis presents the study and characterization of optical and readout electronic components for the X-ARAPUCA Photon Detection System (PDS) of the DUNE experiment, one of the largest international projects in neutrino physics. The work takes place in the context of liquid argon time projection chambers (LArTPCs), which need efficient optical systems to detect the scintillation light produced by neutrino interactions. The experimental activity was carried out at the University of Pavia and at the APC laboratory in Paris, where several electronic components, optical systems, and active materials were tested. The main goal was to evaluate the performance of wavelength shifters, substrates, and dichroic filters through efficiency measurements, together with the study of the readout electronics in realistic conditions, in order to determine the linearity and dynamic range of the detector and possible future improvements. The work included the development and calibration of the measurement setup, the analysis of optical signals, and the understanding of technical issues related to the devices used. These results contribute to the characterization of the PDS components for DUNE. They also represent a step forward in the selection of materials and elements that may be used in the future modules of the experiment.

Questa tesi presenta lo studio e la caratterizzazione di componenti della parte ottica ed elettronica di readout per il sistema di rivelazione dei fotoni (PDS) X-ARAPUCA nell’esperimento DUNE, uno dei più grandi progetti internazionali dedicati alla fisica dei neutrini. Il lavoro si colloca nel contesto delle camere a proiezione di carica in argon liquido (LArTPC), che richiedono sistemi ottici efficienti per rivelare la luce di scintillazione prodotta dalle interazioni dei neutrini. L’attività sperimentale è stata svolta tra l’Università di Pavia e il laboratorio di ricerca APC a Parigi, dove sono stati testati diversi componenti elettronici, sistemi ottici e materiali attivi. L’obiettivo principale è stato valutare le prestazioni di wavelength shifter, substrati e filtri dicroici attraverso misure di efficienza, insieme allo studio del comportamento dell’elettronica di lettura in condizioni realistiche, per determinare la linearità e il range dinamico del detector e possibili sviluppi futuri. Il lavoro ha incluso lo sviluppo e la calibrazione dell’apparato di misura, l’analisi dei segnali ottici e la comprensione dei problemi tecnici legati ai dispositivi utilizzati, contribuendo alla caratterizzazione delle componenti del PDS di DUNE. I risultati ottenuti rappresentano un passo avanti nella selezione di materiali e componenti che potranno essere usati nei futuri moduli dell’esperimento.