Resumo: O experimento DUNE é um dos mais importantes na área de física de neutrinos, moti- vando a pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias como o coletor de luz ARAPUCA e o estudo de cintilação em elementos nobres líquidos (LNE). Esse trabalho avança o estudo da cintilação de argônio líquido (LAr) e a instrumentação para detectá-la mais eficiente- mente, validando as estimativas da eficiência de detecção de fótons do X-ARAPUCA Sin- gle Cell em 3.1 ± 0.6% usando dados produzidos no Lab Leptons na UNICAMP. Usando os mesmos dados também foi possível avaliar os parâmetros o modelo de cintilação de argônio líquido com quenching proposto por Segreto, 2020 [47], determinando a taxa de quenching para cintilação devido a partículas alfa para os dois mecanismos propostos: pela colisão com dímeros de argônio ionizados (k + = 2.9 ± 0.5 × 10 ?4 ns ? 1) e pela colisão com dímeros de argônio excitados (q = 4.0 ± 0.5 × 10 ?4 ns ? 1), os parâmetros foram de- terminados fitando o modelo proposto com formas de onda média de partículas alfa em (LAr). O experimento protótipo do DUNE, o protoDUNE, teve um acidente que resultou na contaminação acidental do LAr com Nitrogênio (N 2 )) e na degradação do sinal de luz. A dopagem de LAr com Xenônio era uma possibilidade para recuperar o sinal de luz. Esse trabalho apresenta os resultados de um teste preliminar com LAr dopado com Xenônio na Building 182 do CERN para estabelecer quando Xenônio era necessário para recuperar o sinal de luz devido à degradação pela contaminação com N 2 . O experimento determinou que 10ppm de xenônio era suficiente para recuperar 95% da emissão de luz relativa perdida devido a contaminação de Nitrogênio similares às observadas no protoDUNE. Esse experi- mento também permitiu a avaliação da conversão entre luz do argônio (127nm) e xenônio (174nm) como maior que 90% para concentrações de maiores que 10ppm de Xenônio, a avaliação foi feita comparando dois setups de coleção de luz, com um que bloqueando a luz do argônio com uma janela de quartzo. O experimento também indicou um possível aumento na emissão de luz quando xenônio é diluído em argônio puro (sem contaminação de nitrogênio). Esses dados também permitiram avaliar a transferência de energia entre Argônio e Xenônio para cintilação de muons cósmicos k_Xe = 6 ± 2 × 10 ?4 ns ? 1, baseado no modelo proposto por Segreto, 2020 [47] e determinado fitando a forma de onda média com o modelo para cintilação de Argônio dopado com Xenônio Ver menos

Abstract: DUNE is one of the most important experiments in the field of neutrino physics, motivating research and development of new technologies such as the ARAPUCA pho- ton collector and the study of Liquid Noble Element (LNE) Scintillation. This work pushes forward the study of liquid argon scintillation and of instrumentation to detect it efficiently, validating the estimation of the X-ARAPUCA Single Cell photon detection efficiency at 3.1 ± 0.6% using the data produced at Lab Leptons at UNICAMP. Using the same data it was also possible to evaluate the parameters of LAr Scintillation model with quenching proposed by Segreto, 2020 [47], determining the quenching rate for scintillation due to alpha particles for both quenching mechanisms proposed: by collision with ionized argon dimmers (k + = 2.9 ± 0.5 × 10 ?4 ns ?1 ) and by collision with excited argon dimmers (q = 4.0 ± 0.5 × 10 ?4 ns ?1 ), the parameters determined by fitting the proposed model with the average ? waveshape in LAr. The prototype experiment for DUNE, the protoDUNE, had an accident that resulted in accidental Nitrogen (N 2 ) contamination of LAr and the degradation of the light signal. Doping the contaminated LAr with Xenon was a possibility to recover the light signal. This work presents the results of a preliminary test with Xenon doped LAr at Building 182 at CERN to establish how much Xenon was necessary to recover the light degradation due to the N 2 contamination. The experiment determined that 10ppm of Xenon is enough to recover 95% of the relative light yield lost due to similar levels of Nitrogen contamination seen at protoDUNE. This experiment also allowed for the evaluation of light conversion between Argon (127nm) and Xenon (174nm) light higher than 90% for concentrations of Xenon of 10pmm or higher, this was done by comparing two different light collection set ups with one of them blocking argon light with a quartz window. It also indicated a possible light yield increase when Xenon is doped in pure LAr (no nitrogen contamination). This data also allowed for the evaluation of the energy transfer rate between Argon and Xenon for cosmic muon scintillation, based on the model proposed by Segreto,2020 [47], k Xe = 6±2×10 ?4 ns ?1 , determined by fitting the model for Xenon doped LAr scintillation with an average waveshape Ver menos