SiPM based tracking for detector calibration in NEXT

Desde que el neutrino fue propuesto en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli, y posteriormente detectado experimentalmente en 1957 por los físicos Clyde L. Cowan and Frederick Reines, muchas propiedades de esta singular partícula han sido reveladas, como su spin, su carga eléctrica y su tipo de interacción con el resto de partículas del Modelo Standard. Sin embargo, una de las propiedades mas importantes que todavía no ha sido revelada es la propia naturaleza del neutrino, y como esta influenció en la evolución de nuestro Universo. Inicialmente, el neutrino fue introducido en el Modelo Standard de Física de Partículas como una partícula no masiva. Sin embargo, los experimentos desarrollados durante las ultimas décadas basados en la oscilación de neutrinos, han demostrado que estos deben tener masa, y por tanto, al igual que para el resto de leptones cargados, un termino de masa asociado a los neutrinos debe ser incluido en el Modelo Standard. Una de las maneras en las que este termino de masa puede ser incluido sugiere que los neutrinos podrían ser partículas de Majorana, es decir, idénticas a sus antipartículas, al contrario que el resto de fermiones del Modelo Standard. Actualmente, el único procedimiento experimental que puede confirmar la naturaleza Majorana del neutrino es la observación de la desintegración doble beta sin neutrinos, en donde un núcleo con número atómico Z y número másico A decae en su isóbaro de número atómico Z+2 emitiendo únicamente dos electrones. El descubrimiento de este hipotético proceso establecería, sin lugar a dudas, la naturaleza Majorana del neutrino al mismo tiempo que proporcionaría información directa sobre la masa del neutrino, y por que esta debe ser tan pequeña comparada con el resto de fermiones de la misma generación. Además, la observación de esta desintegración demostraría que la conservación del número leptónico es violada en este proceso físico, resultado que puede ser asociado con la asimetría entre materia y antimateria de nuestro Universo mediante el proceso llamado leptogénesis. El objetivo de todos los experimentos diseñados para observar la desintegración doble beta sin neutrinos es medir la semivida de este proceso. Sin embargo, esta medida está limitada por la sensibilidad experimental del detector empleado. En este momento, los experimentos EXO-200 y KamLAND-Zen ya se encuentran buscando la desintegración del isótopo 136Xe. Sin embargo, ambos experimentos han obtenido resultados negativos, estableciendo un límite combinado a la semivida de la desintegración > 3.4 × 10^25 años (90% CL). En paralelo, el experimento GERDA, que busca la desintegración del isótopo 76Ge, tampoco ha encontrado evidencias de este proceso, estableciendo un límite de > 2.1 · 10^25 años (90% CL). El Experimento NEXT (Neutrino Experiment with a Xenon TPC), que será instalado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, buscará la desintegración doble beta sin neutrinos del isótopo 136Xe utilizando una cámara de proyección temporal (TPC, por sus siglas en inglés), llena con 100 kg de xenón gaseoso enriquecido al 91% en su isótopo 136Xe, a una presión de 15 bares y con amplificación por Electroluminescencia (EL). Con esta tecnología, una resolución en energía mejor que el 1% en Qßß del 136Xe puede ser alcanzada gracias al pequeño factor de Fano del xenón gaseoso (FGXe = 0.15 ± 0.02) en comparación con otros medios de detección como el xenón líquido (FLXe ~ 20), y a las pequeñas fluctuaciones introducidas por un sistema de amplificación basado en Electroluminescencia. Además, el xenón gaseoso como medio de detección proporciona información topológica de los eventos, permitiendo discriminar entre eventos beta beta, caracterizados por una traza retorcida de unos 10 cm de longitud y con dos deposiciones de energía en ambos extremos, de eventos de ruido producidos por interacciones de gammas de alta energía con el xenón. El proceso de detección en NEXT presenta sistemas independientes para la medida de la energía y la información topológica. Las partículas que interaccionan con el xenón gaseoso ionizan y excitan sus átomos. La energía transferida mediante excitación es liberada en forma de luz de centelleo en la región ultravioleta (~ 172 nm), y recogida por un plano de PMTs, el plano de energía, posicionado detrás del cátodo transparente de la TPC, dando lugar al inicio del evento. Los electrones de ionización producidos derivan hacia el ánodo de la TPC debido al campo eléctrico existente. Una vez allí, entran en una región con un campo eléctrico aún más intenso, donde son acelerados produciendo luz de Electroluminescencia. Esta luz es emitida isotrópicamente, por lo que parte es detectada por el plano de energía mencionado anteriormente, proporcionando una medida precisa de la energía. Por otro lado, el resto de luz EL es detectada por un plano de SiPMs, el plano de tracking, posicionado a tan solo unos milímetros de donde esta luz es generada, aportando la información topológica del evento. Para demostrar que el concepto de detección propuesto por NEXT es factible, el prototipo NEXT-DEMO fue construido y operado en el Instituto de Física Corpuscular de Valencia. Dicho prototipo consiste en una vasija de alta presión hecha de acero inoxidable y capaz de aguantar 20 bares de presión interna. Sus 60 cm de largo y 30 cm de diámetro contienen aproximadamente 1.5 kg de xenón a 10 bares de presión. Tres rejillas metálicas (cátodo, gate y ánodo), definen las dos regiones activas de la TPC. Por un lado, 30 cm de región de deriva entre el cátodo y el gate, y por otro 0.5 cm de región de electroluminescencia entre el gate y el ánodo. El cátodo es operado típicamente a -25 kV, mientras que gate y ánodo a -10 kV y 0 V respectivamente. Con estos valores, un campo eléctrico de unos 500 V/cm es creado en la región de deriva, y un E/p de unos 2.0 kV/bar cm en la región EL. Un juego de seis paneles de PTFE (Teflón) están presentes dentro formando un tubo de luz hexagonal. Este tubo de luz está recubierto además con un cambiador de longitud de onda (TPB), que aumenta la eficiencia de recolección de la luz de centelleo del xenón. En el detector NEXT-DEMO, el plano de energía está formado por 19 PMTs de Hamamatsu modelo R7378A, mientras que el plano de tracking está formado por 256 SiPMs, también de Hamamatsu, modelo S10362-11-050P. Debido al gran numero de SiPMs utilizados, es imposible suministrar lineas de alimentación y lectura individuales a cada sensor, por ello, los SiPMs son montados en grupos de 64 elementos en tarjetas electrónicas, llamadas Dice Boards, y recubiertos con el mismo cambiador de onda mencionado anteriormente para adaptar la luz de centelleo del xenón a la región óptica donde estos sensores tienen su máxima sensibilidad. Un estricto protocolo de deposición de la molécula TPB sobre los SiPMs ha sido desarrollado y diferentes caracterizaciones realizadas para asegurar la calidad de este procedimiento. Los resultados muestran que este método asegura deposiciones uniformes, reproducibles y capaces de ser almacenadas a largo término. Al mismo tiempo, la aplicación directa de TPB sobre la superficie de los SiPMs, parece incrementar la sensibilidad de estos sensores a la luz de centelleo del xenón en casi un orden de magnitud. Por otro lado, la descripción del proceso de funcionamiento y de las propiedades dinámicas de los SiPMs ponen de manifiesto la necesidad de corregir los parámetros de operación de estos sensores debido a los efectos introducidos por cambios en las condiciones durante la toma de datos. Para ello, una fuente de alimentación autocorregible ha sido diseñada y construida para asegurar la respuesta uniforme de los SiPMs con el tiempo. Durante la operación del prototipo NEXT-DEMO, la abundancia de emisiones de rayos X por los átomos de xenón gracias a la interacción con gammas provenientes de diferentes fuentes radioactivas, ha sido identificada como una herramienta útil a la hora de caracterizar parámetros fundamentales del detector al mismo tiempo que proporcionan su ecualización en respuesta. La ventaja de utilizar estos eventos proviene de que están distribuidos por todo el volumen del detector y que su rango de alcance es pequeño, menor que un milímetro, por lo que producen deposiciones que pueden ser consideradas puntuales. Estas deposiciones han sido empleadas para describir la geometría del detector así como la pérdida de carga por la presencia de impurezas en el gas, proporcionando los factores de corrección necesarios para la correcta medida de la energía depositada. Estas correcciones han sido aplicadas utilizando un método basado en la suma pesada de los PMTs para econstruir la energía depositada por gammas provenientes de fuentes de 22Na y 137Cs, obteniendo una resolución en energía de (5.691 ± 0.003)% FWHM a 29.7 keV y (1.62 ± 0.01)% FWHM para 511 keV. La extrapolación de estos resultados al Qßß del 136Xe predice una resolución en energía de 0.6256% FWHM y 0.7353% FWHM respectivamente

First results on ProtoDUNE-SP liquid argon time projection chamber performance from a beam test at the CERN Neutrino Platform

The ProtoDUNE-SP detector is a single-phase liquid argon time projection chamber with an active volume of 7.2× 6.1× 7.0 m3. It is installed at the CERN Neutrino Platform in a specially-constructed beam that delivers charged pions, kaons, protons, muons and electrons with momenta in the range 0.3 GeV/c to 7 GeV/c. Beam line instrumentation provides accurate momentum measurements and particle identification. The ProtoDUNE-SP detector is a prototype for the first far detector module of the Deep Underground Neutrino Experiment, and it incorporates full-size components as designed for that module. This paper describes the beam line, the time projection chamber, the photon detectors, the cosmic-ray tagger, the signal processing and particle reconstruction. It presents the first results on ProtoDUNE-SP's performance, including noise and gain measurements, dE/dx calibration for muons, protons, pions and electrons, drift electron lifetime measurements, and photon detector noise, signal sensitivity and time resolution measurements. The measured values meet or exceed the specifications for the DUNE far detector, in several cases by large margins. ProtoDUNE-SP's successful operation starting in 2018 and its production of large samples of high-quality data demonstrate the effectiveness of the single-phase far detector design

Measurement of space charge effects in the MicroBooNE LArTPC using cosmic muons

Large liquid argon time projection chambers (LArTPCs), especially those operating near the surface, are susceptible to space charge effects. In the context of LArTPCs, the space charge effect is the build-up of slow-moving positive ions in the detector primarily due to ionization from cosmic rays, leading to a distortion of the electric field within the detector. This effect leads to a displacement in the reconstructed position of signal ionization electrons in LArTPC detectors ("spatial distortions"), as well as to variations in the amount of electron-ion recombination experienced by ionization throughout the volume of the TPC. We present techniques that can be used to measure and correct for space charge effects in large LArTPCs by making use of cosmic muons, including the use of track pairs to unambiguously pin down spatial distortions in three dimensions. The performance of these calibration techniques are studied using both Monte Carlo simulation and MicroBooNE data, utilizing a UV laser system as a means to estimate the systematic bias associated with the calibration methodology

Glutathione reductase gsr-1 is an essential gene required for Caenorhabditis elegans early embryonic development

Glutathione is the most abundant thiol in the vast majority of organisms and is maintained in its reduced form by the flavoenzyme glutathione reductase. In this work, we describe the genetic and functional analysis of the Caenorhabditis elegans gsr-1 gene that encodes the only glutathione reductase protein in this model organism. By using green fluorescent protein reporters we demonstrate that gsr-1 produces two GSR-1 isoforms, one located in the cytoplasm and one in the mitochondria. gsr-1 loss of function mutants display a fully penetrant embryonic lethal phenotype characterized by a progressive and robust cell division delay accompanied by an aberrant distribution of interphasic chromatin in the periphery of the cell nucleus. Maternally expressed GSR-1 is sufficient to support embryonic development but these animals are short-lived, sensitized to chemical stress and have increased mitochondrial fragmentation and lower mitochondrial DNA content. Furthermore, the embryonic lethality of gsr-1 worms is prevented by restoring GSR-1 activity in the cytoplasm but not in mitochondria. Given the fact that the thioredoxin redox systems are dispensable in C. elegans, our data support a prominent role of the glutathione reductase/glutathione pathway in maintaining redox homeostasis in the nematode

Loss of glutathione redox homeostasis impairs proteostasis by inhibiting autophagy-dependent protein degradation

In the presence of aggregation-prone proteins, the cytosol and endoplasmic reticulum (ER) undergo a dramatic shift in their respective redox status, with the cytosol becoming more oxidized and the ER more reducing. However, whether and how changes in the cellular redox status may affect protein aggregation is unknown. Here, we show that C. elegans loss-of-function mutants for the glutathione reductase gsr-1 gene enhance the deleterious phenotypes of heterologous human, as well as endogenous worm aggregation-prone proteins. These effects are phenocopied by the GSH-depleting agent diethyl maleate. Additionally, gsr-1 mutants abolish the nuclear translocation of HLH-30/TFEB transcription factor, a key inducer of autophagy, and strongly impair the degradation of the autophagy substrate p62/SQST-1::GFP, revealing glutathione reductase may have a role in the clearance of protein aggregates by autophagy. Blocking autophagy in gsr-1 worms expressing aggregation-prone proteins results in strong synthetic developmental phenotypes and lethality, supporting the physiological importance of glutathione reductase in the regulation of misfolded protein clearance. Furthermore, impairing redox homeostasis in both yeast and mammalian cells induces toxicity phenotypes associated with protein aggregation. Together, our data reveal that glutathione redox homeostasis may be central to proteostasis maintenance through autophagy regulation.Ministerio de Economía y Competitividad BFU2016–78265-P, BFU2016– 79313-P, MDM-2016–0687, BFU2015–64408-PInstituto de Salud Carlos III PI11/ 00072, CPII16/00004, PI14/00949, PI17/0001

Role of glutathione reductase in proteostasis regulation

Trabajo presentado en la V Spanish Worm Meeting, celebrada en Salamanca el 5 y 6 de marzo de 2015.Peer Reviewe

Loss of glutathione redox homeostasis impairs proteostasis by inhibiting autophagy-dependent protein degradation

In the presence of aggregation-prone proteins, the cytosol and endoplasmic reticulum (ER) undergo a dramatic shift in their respective redox status, with the cytosol becoming more oxidized and the ER more reducing. However, whether and how changes in the cellular redox status may affect protein aggregation is unknown. Here, we show that C. elegans loss-of-function mutants for the glutathione reductase gsr-1 gene enhance the deleterious phenotypes of heterologous human, as well as endogenous worm aggregation-prone proteins. These effects are phenocopied by the GSH-depleting agent diethyl maleate. Additionally, gsr-1 mutants abolish the nuclear translocation of HLH-30/TFEB transcription factor, a key inducer of autophagy, and strongly impair the degradation of the autophagy substrate p62/SQST-1::GFP, revealing glutathione reductase may have a role in the clearance of protein aggregates by autophagy. Blocking autophagy in gsr-1 worms expressing aggregation-prone proteins results in strong synthetic developmental phenotypes and lethality, supporting the physiological importance of glutathione reductase in the regulation of misfolded protein clearance. Furthermore, impairing redox homeostasis in both yeast and mammalian cells induces toxicity phenotypes associated with protein aggregation. Together, our data reveal that glutathione redox homeostasis may be central to proteostasis maintenance through autophagy regulation.. The Spanish Ministry of Economy and Competitiveness supported EF-S and VG (BFU2016–78265-P), PA (BFU2016– 79313-P and MDM-2016–0687), and AM-V (BFU2015–64408-P). AM-V was also supported by the Instituto de Salud Carlos III (PI11/ 00072) and RPV-M (CPII16/00004, PI14/00949 and PI17/00011). All projects were cofinanced by the Fondo Social Europeo (FEDER). AM-V is a member of the GENIE and EU-ROS Cost Actions of the European Union and RPV-M is a Marie Curie Fellow (CIG322034, EU)

Protection of Spanish Ibex (Capra pyrenaica) against Bluetongue Virus Serotypes 1 and 8 in a Subclinical Experimental Infection

Many wild ruminants such as Spanish ibex (Capra pyrenaica) are susceptible to Bluetongue virus (BTV) infection, which causes disease mainly in domestic sheep and cattle. Outbreaks involving either BTV serotypes 1 (BTV-1) and 8 (BTV-8) are currently challenging Europe. Inclusion of wildlife vaccination among BTV control measures should be considered in certain species. In the present study, four out of fifteen seronegative Spanish ibexes were immunized with a single dose of inactivated vaccine against BTV-1, four against BTV-8 and seven ibexes were non vaccinated controls. Seven ibexes (four vaccinated and three controls) were inoculated with each BTV serotype. Antibody and IFN-gamma responses were evaluated until 28 days after inoculation (dpi). The vaccinated ibexes showed significant (P<0.05) neutralizing antibody levels after vaccination compared to non vaccinated ibexes. The non vaccinated ibexes remained seronegative until challenge and showed neutralizing antibodies from 7 dpi. BTV RNA was detected in the blood of non vaccinated ibexes from 2 to the end of the study (28 dpi) and in target tissue samples obtained at necropsy (8 and 28 dpi). BTV-1 was successfully isolated on cell culture from blood and target tissues of non vaccinated ibexes. Clinical signs were unapparent and no gross lesions were found at necropsy. Our results show for the first time that Spanish ibex is susceptible and asymptomatic to BTV infection and also that a single dose of vaccine prevents viraemia against BTV-1 and BTV-8 replication

Loss of glutathione redox homeostasis impairs proteostasis by inhibiting autophagy-dependent protein degradation

Trabajo presentado en el VII Spanish Worm Meeting (SWN), celebrado en Castelldefels (Barcelona) el 28 y 29 de marzo de 2019.Peer reviewe