Resumo: O Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) será o primeiro mega programa científico em solo americano e irá esclarecer algumas questões em aberto na física de neutrinos. O experimento prevê a realização de um feixe de neutrinos intenso no Fermilab (Chicago - EUA), um detector próximo ao feixe para monitoramento e um detector distante em Sanford Underground Research Facility (SURF) a 1300 km de distância. O detector distante será composto por quatro módulos de câmeras de projeção temporal de argônio líquido (do inglês, LArTPC) de 10 kt de volume ativo cada que realizarão as medidas precisas exigidas para o experimento DUNE. A técnica experimental utiliza sinais de carga e luz de radiações ionizantes em argônio líquido para reconstruir interações de neutrinos com excelente resolução espacial, medidas de calorimetria e identificação de partículas. A luz de cintilação do argônio líquido é produzida em torno de 127 nm dentro de poucos nanosegundos da passagem da radiação. A sua detecção pode melhorar a calorimetria da LArTPC além de fornecer o registro temporal de eventos não provenientes do feixe, o que é vital para a averiguação de eventos de decaimento de núcleos. O sistema de detecção de luz do DUNE (do inglês, PDS) é responsável por coletar a luz de forma eficiente, a fim de caracterizar o volume ativo do detector com eficiência superior a 99%. O PDS será composto por 1.500 módulos de X-ARAPUCA, um dispositivo de coleta de luz que será o assunto principal dessa tese. Neste trabalho, a pesquisa e desenvolvimento do dispositivo ARAPUCA será apresentado. A caracterização completa dos protótipos foram realizadas em testes dedicados em argônio líquido no Brasil e na Itália, no qual eficiências comparáveis de (2.2 ± 0.4)% e (1.9 ± 0.1)% foram encontradas, respectivamente. O novo wavelength shifter desenvolvido na Itália em colaboração com a Università degli Studi di Milano-Bicocca será apresentado. Componente que permitiu aumentar a eficiência de coleta de luz em cerca de 50% e resultou em uma eficiência de (2.9 ± 0.1)% para o protótipo de X-ARAPUCA. Os dispositivos de X-ARAPUCAs foram também instalados no protótipo do DUNE (ProtoDUNE) para testes de dopagem de xenônio. Será apresentada nessa tese parte da análise de dados realizada que permitiu a colaboração do DUNE entender e estabelecer a dopagem de xenônio como alternativa para o detector distante Ver menos

Abstract: The Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) will be the first mega-science program on the US soil and will shade light on some of the open questions in neutrino physics. The experiment foresees the realization of an intense neutrino beam at Fermilab (Chicago - USA), of a near detector to monitor the beam and a far detector installed in the Sanford Underground Research Facility (SURF), 1300 km far away. Four 10 kt Liquid Argon Time Projection Chambers (LArTPC) will compose the 40 kt far detector modules to perform the precise measurements required for DUNE. The experimental technique uses charge and light signal from ionizing radiations in liquid argon to fully reconstruct neutrino interactions with excellent spatial resolution, calorimetric measurements and particle identification. The liquid argon scintillation light is produced around 127 nm within a few nanoseconds from the radiation passage. Its detection may improve the LArTPC calorimetric besides giving the time stamp of non-beam events, which is vital in fiducializing nucleon-decay events. The DUNE Photon Detection System (PDS) is responsible to efficiently collect this light in order to fiducialize the active volume of the detector with > 99% efficiency. The PDS will be composed by 1,500 X-ARAPUCA modules, a light trapping device that was the main subject of this thesis. In this work, the research and development of the ARAPUCA devices will be presented. The full characterization of the prototypes were performed in dedicated liquid argon tests, in Brazil and Italy, where comparable efficiencies of (2.2 ± 0.4)% and (1.9 ± 0.1)% were found. A new wavelength shifter developed in Italy in collaboration with the Università degli Studi di Milano-Bicocca will be presented. It allowed to increase the light detection efficiency of about 50% and resulted in an overall efficiency of (2.9 ± 0.1)% of the X-ARAPUCA prototype. The X-ARAPUCA devices were also deployed in the DUNE prototype (ProtoDUNE) for xenon doping tests. It will be shown in this thesis part of the analysis performed which aided the DUNE Collaboration to understand and establish the xenon doping as an alternative for the far detector modules Ver menos