Simulación de un detector cámara de proyección temporal TPC de doble fase de argón con fotomultiplicadores de silicio SiPMs para la detección de neutrinos

Abstract

La Cámara de Proyección Temporal TPC de doble fase es un detector de partículas que con¬siste en una cámara cilíndrica que contiene argón (líquido y gas) que están separados por una malla y un Multiplicador de Electrones LEM. Además, un conjunto de Fotomultiplicadores de Silicio SiPMs se colocan en ambos extremos de la cámara. Este detector se utiliza en el estu¬dio de la detección de eventos de centelleo e ionización causados por partículas cargadas que interactúan con el argón, los electrones de ionización producidos en esta interacción, después de ser arrastrados en el volumen de argón líquido, son extraídos por un grupo de cuadrículas en el gas y se introduce en los orificios de un LEM, donde se produce la amplificación de la carga, para ser finalmente detectado por los SiPMs. En el presente trabajo, la TPC de doble fase se simula esquemáticamente utilizando Geant4, así como la respuesta de los procesos físicos a través de FTFP_BERT (modelo en cascada de Bertini y modelo pre-compuesto) como un modelo hadrónico y NuBeam como un haz de neutrinos. Además, se analizan las características optoelectrónicas de los SiPMs. El modelo se usa para identificar la producción de partículas asociadas a través de las interacciones neutrino-núcleo. Los resultados obtenidos en la simulación sugieren que tal identificación es posible con la TPC de doble fase y se pueden obtener resultados más confiables refinando aún más la simulación.

The dual phase argon Time Projection Chamber TPC is a partióle detector consisting of a cylindrical chamber containing argon (liquid and gas) that are separated by grids and a Large Electron Multiplier LEM. Besides, a set of silicon photomultipliers SiPMs are placed at both extremes. This detector is used in the study of scintillation and ionizing events detection caused by charged particles that interact with the argon, the ionization electrons produced in this interaction, after drifting in the volume of liquid argon LAr are extracted by a group of grids in the gas phase and introduced into the holes of a LEM, where the charge amplification takes place, to finally be detected by the SiPMs. In the present work, the dual phase TPC is simulated schematically using Geant4, as well as the response of the physical processes through FTFP_BERT (Bertini cascade model and pre-composed model) as a hadronic model and Nu-Beam as a neutrino beam. In addition, the optoelectronic characteristics of SiPMs are analyzed. The model is used to identify the associated production of particles through neutrino-nucleus interactions. Results obtained in the simulation suggest that such identifica¬ron is possible with the dual phase TPC and can be obtained more reliable results by further refining the simulation.