Tomografía con muones

En este trabajo se presentará la tomografía con muones como método de obtención de imágenes.Se expondrán sus ventajas con respecto a otras técnicas actuales y los retos que entraña ponerla enpráctica. También se comprobarán los principios de detección de diferentes técnicas de tomografíade muones con un software de simulación de partículas. Esto permitirá trabajar con datos similaresa los obtenidos empleando detectores reales. De esta forma se podrá profundizar en estas técnicasde detección de forma realista y con total flexibilidad.<br /

Estudio de un detector con tecnología "Segmented-Mesh Microbulk" en física de sucesos raros

Este trabajo se centra en el estudio de un detector TPC con plano de lectura micromegas con mesh segmentada (segmented-mesh microbulk). Este tipo de detectores de nueva generación ofrecen una lectura bidimensional de las posiciones xy de los eventos, con resolución espacial mejorada respecto de los detectores micromegas con mesh no segmentada, lo que supone un avance en la capacidad de reconstrucción de la trayectoria de partículas cargadas dentro del volumen de gas. Entre las aplicaciones para las que se postulan, destacan las que se enmarcan dentro de la Búsqueda de Sucesos Raros, como la materia oscura o la desintegración doble beta sin neutrinos. El umbral energético es un aspecto clave para detectar eventos de bajaenergía como los inducidos por WIMPs de baja masa, candidatos a materia oscura. Por su parte, la desintegración doble beta sin neutrinos requiere de altas resoluciones energéticas que permitan la distinción de su señal del fondo.El objetivo principal de este trabajo es estudiar el impacto de las condiciones de medida sobre el umbral y resolución energéticos en función de la granularidad (tamaño de los canales de lectura) de un detector basado en el diseño de un prototipo existente, a través de simulaciones de Monte Carlo donde se han recreado las condiciones de medida experimentales<br /

Rayos cósmicos. Activación en materiales debida a neutrones cósmicos.

Muchos experimentos para la búsqueda de sucesos extraños en física de partículas (como la búsqueda de materia oscura o desintegraciones doble beta sin neutrinos) requieren un nivel de fondo en la detección muy bajo. En este trabajo se estudian los fenómenos de activación por parte de rayos cósmicos del material usado como detector o de materiales que habitualmente se utilizan en los blindajes, y que pueden perjudicar la medida de estos experimentos. Se han comparado los resultados de dos tipos de códigos de simulación de la activación: ACTIVIA y Geant4

Experimento IAXO para la detección de axiones: señal y fondo en el prototipo IAXO-D0

En esta memoria se lleva a cabo una introducción al mundo axiónico, analizando el surgimiento de esta partícula hipotética, sus propiedades, su candidatura como Materia Oscura y las principales estrategias de detección directa, entre las que destaca IAXO, helioscopio de cuarta generación en el que se centra este trabajo, cuyo objetivo es valorar si es factible en términos de sensibilidad y ganancia el cambio del gas activo del detector de argón a xenón para disminuir el nivel de fondo y mejorar la eficiencia del conjunto. En base a los resultados arrojados por la cámara TREX-0 en la comparación de ganancias relativas máximas entre la mezcla de Ar+2%Iso y distintas mezclas de Xe+Ne+Iso, se plantean dos hipótesis acerca del factor de ganancia entre ambas mezclas, una menos conservadora que la otra, cuya confirmación exige futuras medidas por parte de la colaboración.<br /

Estudios de sensibilidad a SN utilizando un detector TPC esférico

El análisis de eventos astronómicos mediante diferentes mensajeros provenientes del medio interestelar es uno de los campos más desarrollados en el campo de la astrofísica, especialmente en el estudio de sucesos raros como las supernovas (SN). Uno de los grandes problemas es la posibilidad de que estos mensajeros pueden interactuar y alterarse a lo largo de su trayectoria. Por este motivo una de las últimas propuestas considera la detección de neutrinos como mensajeros ideales, en especial nos centraremos en el proceso de dispersión elástica coherente de neutrinos por un núcleo (CEvNS). Este canal de detección nos permitiría predecir y detectar eventos de supernovas mucho antes que cualquier otro experimento. Actualmente los detectores de neutrinos requieren de una gran extensión, lo cual limita en gran medida la cantidad de detectores disponibles y el control de los mismos. En este trabajo estudiaremos el diseño un detector gaseoso TPC con geometría esférica (STPC) y su viabilidad gracias a su bajo ruido electrónico y umbral de detección. Analizaremos las distintas características del detector, como el gas blanco a utilizar así como las diferentes configuraciones del mismo teniendo en cuenta su geometría, ubicación y la posible adición de un tanque de agua como sistema de reducción del fondo de detección. Para ello realizaremos análisis y simulaciones de las diferentes contribuciones al fondo de la señal de neutrinos donde obtendremos una señal de 6.38 eventos/keV/s con un fondo de 7 eventos/keV/s, concluyendo la posible viabilidad de la construcción del detector STPC en superficie con un tanque de agua usando mayores presiones o blindajes.<br /

Estudio de fondo y señal en BabyIAXO, prototipo del experimento IAXO (International AXion Observatory)

El experimento IAXO y su prototipo BabyIAXO son futuros helioscopios solares quetienen como objetivo la detección del axión, una partícula hipotética motivada por elproblema CP fuerte de QCD, que además constituye un sólido candidato a materia oscura.Ambos experimentos operarán al nivel del mar y requerirán de un muy bajo nivel de fondoradiactivo. Aunque está prevista la instalación de diferentes tecnologías de detección, laprimera opción será un detector gaseoso, como los utilizados en CAST.Este trabajo se centra en el estudio del fondo producido por los rayos cósmicos en estedetector, particularmente por muones y neutrones, que, siguiendo estudios anteriores,suponen la contribución más importante. Para ello se realizan una serie de simulacionesMonte Carlo que, tras aplicar criterios de discriminación entre señal y fondo, nos permitencuantificar el nivel de fondo. Los niveles de fondo cósmico obtenidos en este trabajo soncompatibles con trabajos anteriores y con resultados obtenidos por CAST. Concluimos que BabyIAXO tiene potencial para alcanzar elnivel de fondo objetivo.Las simulaciones nos permiten también conocer las características más importantes delevento, lo que nos aportará información útil para el diseño de estrategias de blindaje. Enparticular, nos interesa evaluar la eficiencia para detectar neutrones del sistema de vetos,originalmente concebido para detectar muones. Tras nuestro estudio, se concluye que elsistema de vetos es eficaz para reducir el fondo de neutrones (por aproximadamente un factor 2), al ser capazde detectar los neutrones secundarios producidos en el blindaje. También hemos obtenidosuficiente información como para proponer una serie de mejoras al sistema de vetos queresultarán en una mayor reducción del nivel de fondo.<br /

Análisis de la respuesta del detector TREX-DM a distintas fuentes

Este trabajo muestra un estudio de la respuesta del detector a sucesos de baja energía con el objetivo de reducir el fondo natural del experimento TREX-DM instalado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC). TREX-DM tiene como objetivo observar señales de WIMPs de baja masa y así demostrar la existencia de la materia oscura. Se incluye una descripción del detector, así como las respuestas del mismo frente a distintas fuentes para diferenciar su comportamiento a bajas energías (por debajo de los keV). Para ello se han realizado simulaciones que permitirán validar los datos experimentales y entender la naturaleza de los sucesos así como su origen, siendo clave en la optimización del diseño para minimizar el impacto de las diferentes componentes del fondo natural.<br /

Búsqueda de materia oscura de baja masa TREX-DM y otros experimentos

Este trabajo plantea los motivos que exigen la existencia de materia oscura, y que han impulsado el desarrollo de numerosos experimentos de detección. Se muestra especial interés en aquellos destinados a la búsqueda de WIMPs de baja masa basados en técnicas de detección directa. Asimismo, se incluye una descripción más detallada del experimento TREX-DM, cuyo funcionamiento es recreado mediante simulaciones que ponen de manifiesto su potencial.<br /