Estudio por Monte Carlo de la respuesta de los detectores de ANAIS-112 a distintas fuentes de neutrones.

Sola Jiménez, Ainara
Sarsa Sarsa, María Luisa (dir.) ; Martínez Pérez, María Lucía (dir.)

Universidad de Zaragoza, CIEN, 2022
Física Teórica department, Física Atómica, Molecular y Nuclear area

Graduado en Física

Abstract: ANAIS-112 es un experimento de detección directa de materia oscura en forma de WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), localizado en el Laboratorio Subterráno de Canfranc (LSC). Tiene como objetivo confirmar o refutar el resultado de DAMA/LIBRA empleando el mismo material como blanco (NaI(Tl)) y la misma técnica de detección (centelleo). DAMA/LIBRA es el único experimento que ha presentado una evidencia de la detección de la materia oscura galáctica basada en la observación de una modulación anual en sus datos. ANAIS-112 consta de 9 módulos de detección de 12.5 kg cada uno y una combinación de diferentes tipos de blindaje para asegurar el aislamiento de posibles fondos del experimento.
La detección directa de materia oscura implica la detección de la colisión elástica entre un WIMP y un núcleo del detector. Esta colisión es similar a la que se produce en una interacción neutrón-núcleo. La respuesta de los detectores para retrocesos electrónicos, producidos por las fuentes usuales de calibración (fuentes gamma), difiere de la respuesta de los detectores para retrocesos nucleares, siendo la eficiencia relativa entre ambas lo que se conoce como factor de ’’quenching’’. Para determinar experimentalmente este factor es necesario calibrar el experimento con fuentes de neutrones. Existen importantes incertidumbres sobre el valor de este factor de ’’quenching’’ para los núcleos de sodio e yodo en NaI(Tl), por lo que su estudio es importante para la interpretación de los resultados del experimento ANAIS-112 y su comparación con DAMA/LIBRA.
En este trabajo se presenta el estudio mediante simulaciones Monte Carlo del dispositivo experimental ANAIS-112 a diferentes fuentes de neutrones haciendo uso del paquete de simulación GEANT4. Se ha hecho una selección de fuentes de neutrones de distintas características, evaluando la viabilidad de su utilización en el LSC y se ha simulado una geometría simplificada y la geometría completa del experimento ANAIS-112. Se ha estudiado la sensibilidad de los espectros de energía depositada en los detectores de ANAIS-112 por los neutrones de las distintas fuentes a diferentes factores de ’’quenching’’, en los rangos energéticos en los que se espera que se produzcan los depósitos de energía en la colisión WIMP-núcleo. Este estudio ha permitido seleccionar las fuentes más adecuadas para poder determinar los factores de ’’quenching’’ del sodio y del yodo en ANAIS-112.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado