Characterization of the Signal-over-Fiber Readout Electronics for the DUNE Vertical Drift

This thesis illustrates the technologies that will be employed for neutrino detection in the construction of the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). DUNE is a next-generation long-baseline experiment that aims to answer to some of the unresolved questions of the Standard Model, through the phenomenon of neutrino oscillation. For the detection of these particles, the DUNE project aims to develop an innovative technology based on the precision of Time Projection Chamber (TPC) detectors, implemented in liquid argon (LAr) and on an unprecedented dimensional scale. This technology imposes some very stringent requirements, including the operation of certain devices at cryogenic temperatures and the need for an extremely efficient Photon Detection System. The present work delves into the PDS and, in particular, the electronic readout system of the scintillation signal that charged particles produce crossing the LAr. The thesis therefore presents the work carried out during the internship at the APC laboratory in Paris, which is engaged in the development of the readout electronics for the Vertical Drift module of the Far Detector. The construction of the experiment is starting. This thesis describes the development and calibration of the testbench that will serve to test some of the electronic boards of the signal acquisition chain will be presented. Finally, the characterization tests of some key electronic components of the readout system, such as lasers and photodiodes, which will contribute to the realization of the final project, will be discussed.

Questa tesi illustra le tecnologie che verranno impiegate per la rivelazione dei neutrini nella futura costruzione dell’esperimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). DUNE è un esperimento long-baseline di nuova generazione, che si pone come obiettivo principale quello di trovare una risposta ad alcune delle questioni irrisolte del Modello Standard, attraverso il fenomeno dell’oscillazione dei neutrini. Per la rivelazione di queste particelle, il progetto DUNE mira a sviluppare una tecnologia innovativa basata sulla precisione dei rivelatori Time Projection Chamber (TPC), implementati in argon liquido (LAr) e su scala dimensionale senza precedenti. Questa tecnologia impone alcuni requisiti molto stringenti, tra cui il funzionamento dei dispositivi a temperatura criogenica e la necessità di un Photon Detection System (PDS) estremamente efficiente. Il presente lavoro approfondisce il PDS e, in particolare, il sistema di readout elettronico del segnale di scintillazione che le particelle cariche producono attraversando il LAr. La tesi presenta quindi il lavoro svolto durante il tirocinio, svolto nell’ambito del programma Erasmus Traineeship, presso il laboratorio APC di Parigi, il quale è impegnato nello sviluppo dell’elettronica di readout per il modulo Vertical Drift del Far Detector di DUNE. Nello specifico verrà presentato il lavoro di sviluppo e calibrazione del testbench che servirà a validare alcune delle schede elettroniche della catena di acquisizione del segnale. Infine, verranno discussi i test di caratterizzazione di alcuni componenti elettronici chiave del sistema di readout, come laser e fotodiodi, che contribuiranno alla realizzazione del progetto finale.