Studio delle proprietà della luce di scintillazione VUV per esperimenti di fisica del neutrino basati sulla tecnologia LAr-TPC

In this thesis, experimental studies concerning the detection and propagation of scintillation light in Liquid Argon Time Projection Chamber (LAr-TPC) detectors have been carried out. The first part of the work was devoted to the optimization and characterization of a vacuum experimental setup for the investigation of wavelength-shifting materials under VUV irradiation, including the calibration of photomultiplier tubes and the evaluation of the main sources of systematic uncertainty. The second part of the work was performed within the ICARUS T600 experiment at Fermilab and focused on the study of the temporal properties of scintillation light using cosmic-ray events reconstructed in the LAr-TPC and signals acquired by the ICARUS photomultiplier system. Dedicated selection procedures were developed to identify track samples with different geometrical characteristics, and analyses were carried out as a function of both the position within the active volume and the distance from the optical detectors. The resulting distributions provide a useful reference for guiding the improvement of the ICARUS optical model.

In questo lavoro di tesi sono stati affrontati studi sperimentali relativi alla rivelazione e alla propagazione della luce di scintillazione in esperimenti basati sulla tecnologia Time Projection Chamber ad argon liquido (LAr-TPC). Una prima attività è stata dedicata all'ottimizzazione e alla caratterizzazione di un apparato sperimentale operante nel vuoto per lo studio di materiali wavelength shifter irraggiati con luce VUV, comprendendo la calibrazione di tubi foto-moltiplicatori e la valutazione delle principali sorgenti di incertezza sistematica. La seconda parte del lavoro è stata svolta nell'ambito dell'esperimento ICARUS T600 a Fermilab, ed è stata dedicata allo studio delle proprietà temporali della luce di scintillazione mediante eventi di raggi cosmici ricostruiti nella LAr-TPC e segnali acquisiti dal sistema di fotomoltiplicatori di ICARUS. Sono state sviluppate procedure di selezione di campioni di tracce con differenti caratteristiche geometriche e sono state effettuate analisi in funzione della posizione nel volume attivo e della distanza dai rivelatori ottici. Le distribuzioni ottenute rappresentano un utile riferimento per guidare il miglioramento del modello ottico di ICARUS.