Registro:
| Documento: | Tesis de Grado |
| Título: | Reconstrucción de trazas de muones para la calibración espacial de sensores en búsqueda de materia oscura |
| Autor: | Martínez, Camila Belén |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA)
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| Fecha de defensa: | 2025-03-28 |
| Fecha en portada: | 2025 |
| Grado Obtenido: | Grado |
| Título Obtenido: | Licenciado en Ciencias Físicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Física |
| Director: | Rodrigues, Darío |
| Director Asistente: | Bonifazi, Carla Brenda |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000236_Martinez |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/seminario/seminario_nFIS000236_Martinez.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/seminario/document/seminario_nFIS000236_Martinez |
| Ubicación: | Dep.FIS 000236 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Martínez, Camila Belén. (2025). Reconstrucción de trazas de muones para la calibración espacial de sensores en búsqueda de materia oscura. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000236_Martinez |
Resumen:
La búsqueda de materia oscura es uno de los mayores desafíos en la física de partículas moderna y requiere técnicas de detección altamente sensibles. En este tipo de experimentos, los muones atmosféricos—generados por la interacción de los rayos cósmicos con la atmósfera terrestre—constituyen un fondo significativo. Si bien su identificación y posterior supresión es crucial para analizar señales de baja energía, estos muones también pueden emplearse como una herramienta para la calibración espacial de detectores dispuestos en paralelo. En esta tesis, analizamos datos experimentales del experimento CONNIE, que consiste en un apilamiento vertical de dispositivos de carga acoplada (CCD, por sus siglas en inglés). Estos sensores de silicio están diseñados para mediciones de bajo ruido de lectura y son capaces de capturar imágenes de los depósitos de carga generados por partículas ionizantes que interactúan con el detector. Esto nos permite caracterizar eventos y construir catálogos de partículas de interés. En este trabajo, extrajimos una muestra de alta pureza de muones atmosféricos, reconstruimos sus trayectorias y caracterizamos su distribución espacial. Con base en esto, desarrollamos una técnica de calibración espacial para determinar el desalineamiento entre sensores dispuestos en paralelo. En primer lugar, diseñamos un conjunto de cortes de selección que caracterizan las deposiciones de carga de los muones y las distinguen de eventos producidos por otras partículas. Para validar nuestro análisis y evaluar el impacto de estos cortes, realizamos simulaciones Monte Carlo para generar datos sintéticos que emulan las imágenes experimentales, lo que nos permitió probar nuestras hipótesis y evaluar la efectividad de los criterios de selección aplicados en la muestra final. Con base en el catálogo de muones construido, diseñamos e implementamos un procedimiento de calibración espacial para los CCD basado en la identificación de coincidencias, es decir, la asociación de señales de muones en diferentes sensores. Utilizando estas coincidencias, determinamos el desalineamiento relativo entre dos de los detectores y cuantificamos su incertidumbre mediante un método iterativo de máxima verosimilitud. Este enfoque nos permitió lograr una calibración precisa con una incerteza menor a 45 micrómetros. La técnica desarrollada es robusta y tiene aplicaciones directas en la mejora de la sensibilidad y la reducción de la contaminación del fondo en experimentos de detección de partículas de baja energía que buscan señales de materia oscura. En conclusión, esta tesis contribuye a los avances en la calibración espacial de detectores y proporciona herramientas metodológicas para mejorar la precisión de los experimentos de física de partículas.
Abstract:
The search for dark matter is one of the major challenges in modern particle physics and requires highly sensitive detection techniques. In this type of experiment, atmospheric muons—generated by the interaction of cosmic rays with the Earth’s atmosphe re—constitute a significant background. While their identification and subsequent suppression is crucial for analyzing low-energy signals, these muons can also be leveraged as a tool for the spatial calibration of parallelly arranged detectors. In this thesis, we analyze experimental data from the CONNIE experiment, which consists of a vertical stack of charge-coupled devices (CCDs). These silicon sensors are designed for low readout noise measurements and are capable of capturing images of the charge deposits generated by ionizing particles interacting with the detector. This enables us to characterize events and build catalogs of particles of interest. We extracted a high-purity sample of atmospheric muons, reconstructed their trajectories, and characterized their spatial distribution. Based on this, we developed a spatial calibration technique to determine the misalignment between parallelly arranged sensors. First, we designed a set of selection cuts that characterize the charge depositions of muons and distinguish them from events produced by other particles. To validate our analysis and evaluate the impact of these cuts, we performed Monte Carlo simulations to generate synthetic data that emulate experimental images, allowing us to test our hypotheses and assess the effectiveness of the applied selection criteria on the final sample. Based on the constructed muon catalog, we designed and implemented a spatial calibration procedure for the CCDs based on the identification of coincidences, i.e., the association of muon signals across different sensors. Using these coincidences, we determine the relative misalignment between two of the detectors and quantified its uncertainty through an iterative maximum likelihood method. This approach enabled us to achieve precise calibration with an uncertainty below 45 micrometers. The developed technique is robust and has direct applications in improving sensitivity and reducing background contamination in low-energy particle detection experiments searching for dark matter signals. In conclusion, this thesis contributes to advancements in detector spatial calibration and provides methodological tools to enhance the precision of particle physics experiments.
Citación:
---------- APA ----------
Martínez, Camila Belén. (2025). Reconstrucción de trazas de muones para la calibración espacial de sensores en búsqueda de materia oscura. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000236_Martinez
---------- CHICAGO ----------
Martínez, Camila Belén. "Reconstrucción de trazas de muones para la calibración espacial de sensores en búsqueda de materia oscura". Tesis de Grado, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2025.https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nFIS000236_Martinez
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