Demonstration of electroluminescent TPC technology for neutrinoless double beta searches using the NEXT-DEMO detector

Abstract

La tesis comença amb la descripció del camp de la física de neutríns i la seva evolució en els últims anys. Els primers capitols proporcionen una descripció detallada de la motivació teórica de la naturalessa Majorana del neutrí, les seves implicacions i quins son els processos mès suceptibles de ser medits experimentalment. En este sentit explica perquè la desintegració doble es el process on hi ha mès possibilitats de trobar processos que violen el nombre leptonic en dos unitats i per tant es un dels processos on s’està fent un esforç mès gran en aconseguir resultats experimentals. A continuació fa una explicació i un resum dels experiments actuals mès importants, principalment EXO-200, KamLand-Zen i GERDA, explicant amb detall tant el process experimental com els resultats obtessos. En el següent capitol fa una descripció del detector NEXT. En primer lloc es descriu el process de detecció dels senyals en el detector on s’introdueix el concepte “Separated Optimized Function TPC” (SOFT). Concepte que es fonamental per conseguir un detector que siga capaç d’obtenir una reconstrucció topológica dels events dins del detector sense renunciar a la excellent resolució en energia que tan sols es pot aconseguir en detectors de gas amb una amplificació lineal com la que aconseguim amb el process de l’electroluminescencia. Aquest process, el de l’electroluminescencia, també ve descrit en aquest capitol resaltant els concepts mès importants i perquè es tan important per a un detector com el que la colaboració NEXT vol construïr. A continuació, es passa a la descripció del detector NEXT-DEMO que es sobre el que s’ha realitzat el treball de la tesis. La descripció d’aquest detector inclou tot tipus de detalls, desde el tipus de materials emprats fins a la descripció del trigger per a l’adquisició de dades passant per els camps electrics als que operava el detector o la pressió a la que ho feïa. Tot seguit, es present els primers resultats que es varen obtindre amb aquest detector i que son la part fonamental de la tesis. Aquest resultats impliquen resolució d’energia i reconstrucció de la posició i la topologia dels events amb dos configuracions diferents: Amb un plà de tracking format per 19 tubs fotomultiplicadors (PMTs), i una segona configuració amb fotomultiplicadors de Silici (SiPMs). Al llarg d’aquests capitols s’explica el process d’anàlisis de la senyal. En aquest sentit, es descriu quines son les dificultats per a conseguir una bona resolució en energia (correció degut a la perduda de electrons al llarg de la deriva en el detector, correccions espacials relacionades amb les diferents eficiencies dels fotomultiplicadors,…) i s’explica com solucionar estes dificultats per a aconseguir una de les millors resolucions en energía del món per a aquests tipus de detectors. Pel que fa a la reconstrucció topológica, es descriu el proces basic de reconstrucció emprant el mètode del baricentre i es mostra la reconstrucció d’alguns events dins del detector NEXT-DEMO. Per últim, la tesis finalitza en capitol on es descriuen els dos següents detectors que la col·laboració està construïnt: NEW i NEXT-100. En aquest capitol es fa una descripció dels materials i el disseny d’aquestos dos detectors. Per a concluïr, es mostra quina es la sensitivitat sobre la vida mitja del process de desintegració doble beta que esperem obtindre amb NEXT-100.