Liquid argon detectors for rare event searches

Abstract

En esta tesis se presenta un estudio de las posibilidades de una TPC de argon liquido para la busqueda de eventos poco frecuentes. A lo largo de la tesis se muestra la versatilidad de las mismas para este tipo de fisica en rangos de energia que van desde unos pocos keV hasta GeV. Las gran resolucion de estos detectores, su resolucion calorimetrica y capacidad de auto trigger los dotan de una gran versatilidad y potencialidad para conseguir resultados destacables. Nuestros estudios se han concentrado en el campo de la materia oscura y la desintegracion del proton. En lo referente a la materia oscura, se ha llevado a cabo el testeo y caracterizacion de una serie de fotomultiplicadores en argon liquido. Ademas, se presenta el experimento ArDM de materia oscura y se muestran las primeras operaciones del sistema de adquisicion de luz en el prototipo de una tonelada. Para completar todo lo anterior, se ha llevado a cabo un estudio del fondo de neutrones presente en un experimento de este tipo, y se muestra que usando un veto activo de agua con Gadolinio es posible reducir el fondo a niveles de 1 evento por año. Sobre las busquedas de desintegracion del proton, hemos estudiado el potencial de descubrimiento de un detector de 100 kton de argon liquido, mostrando que para diferentes canales es posible obtener limites para el tiempo de desintegracion del proton en torno a los 10^35 años. Ademas, hemos estudiado la posibilidad de hacer esa medida en laboratorios subterraneos de poca profundidad, mostrando que con apenas 380 metros de roca es posible realizar esta medida