Tesis doctoral. Ludovico Luzzi (DFTUZ. Área de Física Atómica, Molecular y Nuclear)
Title: "Study of Backgrounds in Liquid Argon Dark Matter Detectors: Characterization, Mitigation, and Novel Rejection Techniques within the Global Argon Dark Matter Collaboration"
Abstract:
La tesis de Ludovico Luzzi se centra en el estudio detallado de las fuentes de fondo en detectores de argón líquido para la detección directa de materia oscura, en el marco de la colaboración internacional Global Argon Dark Matter Collaboration. En particular, para el experimento DarkSide-20k —actualmente en construcción en los Laboratorios Nacionales del Gran Sasso y destinado a convertirse en el mayor detector operativo en este campo— se caracterizaron los fondos ambientales de neutrones y rayos gamma mediante simulaciones de Monte Carlo y campañas de medición experimentales. Entre los fondos radiogénicos, los neutrones generados en las paredes del laboratorio constituyen la principal fuente de retrocesos nucleares en la región de interés para WIMPs; por ello, se propuso la instalación de un escudo de polietileno de alta densidad como medida de mitigación, y se evaluó la correspondiente reducción del fondo esperada en el experimento.
Además, el candidato contribuyó al desarrollo y calibración del experimento DArT, ubicado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, cuyo objetivo es determinar la pureza radiogénica del argón subterráneo, elemento clave para alcanzar los niveles de fondo ultra bajos requeridos por DarkSide-20k. En este contexto, participó también en la caracterización precisa de una muestra de argón atmosférico, logrando una de las mediciones más competitivas a nivel mundial de la actividad del isótopo Ar-39, cuya presencia constituye una fuente significativa de fondo por retrocesos electrónicos.
Paralelamente, colaboró en la calibración energética y espacial de las interacciones en el experimento DEAP-3600, actualmente operativo en el laboratorio SNOLAB (Canadá), que ostenta la mejor sensibilidad en argón para masas de WIMPs superiores a 20 GeV/c². Estos parámetros de calibración son fundamentales para la aplicación de cortes fiduciales que permiten rechazar eficazmente el fondo radiogénico externo.
Finalmente, llevó a cabo estudios espectroscópicos pioneros sobre la luz de electroluminiscencia en gas de argón, investigando sus propiedades más allá de la tradicional emisión monocromática y abriendo nuevas vías para la mejora en la discriminación de fondo en futuros detectores.
La tesis abarca tanto cálculos detallados mediante simulaciones como mediciones experimentales, aportando contribuciones relevantes para el diseño y la optimización de experimentos presentes y futuros dedicados a la búsqueda de partículas de materia oscura del tipo WIMP.
Día: Viernes 25 de abril 12:00
Lugar: Facultad de Ciencias. Edificio A. Sala de Grados