Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Origen y caracterización de eventos de un electrón en Skipper-CCDs para la búsqueda de materia oscura liviana |
| Título alternativo: | Origin and characterization of single-electon events in skipper-CCDs for the search of light dark matter |
| Autor: | Cababie, Mariano Rubén |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Filiación: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA)
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| Publicación en la Web: | 2023-07-03 |
| Fecha de defensa: | 2023-06-12 |
| Fecha en portada: | 2023 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
| Director: | Tiffenberg, Javier; Rodrígues Ferreira Maltez, Darío Pablo |
| Consejero: | Acha, Carlos Enrique |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7320_Cababie |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7320_Cababie.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7320_Cababie |
| Ubicación: | Dep.FIS 007320 |
| 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. Cababie, Mariano Rubén. (2023). Origen y caracterización de eventos de un electrón en Skipper-CCDs para la búsqueda de materia oscura liviana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7320_Cababie |
Resumen:
Desde su invención en el año 1969 los Dispositivos de Carga Acoplada (CCD, por sus siglas en ingles) han tenido un papel clave en la toma de imágenes de alta calidad tanto para fines comerciales como científicos. A principios de la década pasada, se los comenzó a utilizar en la búsqueda de candidatos a materia oscura tipo WIMP en el rango de 1 a 10 GeV. No fue sino hasta el año 2017 que, gracias a la implementación de la tecnología Skipper, que permite conocer con exactitud la carga colectada por el detector, se los empezó a utilizar para la búsqueda de materia oscura liviana. El presente manuscrito resume el trabajo realizado en el marco de la colaboración SENSEI (Sub-Electron-Noise Skipper-CCD Experimental Instrument), un esfuerzo enfocado en la búsqueda de materia oscura liviana con Skipper-CCDs. Se presenta, en primer lugar, el protocolo de adquisición y procesamiento de datos desarrollado para establecer un criterio de selección de eventos compatible con la señal de materia oscura. Dicho protocolo habilitó asimismo la estructura y las herramientas que fueron empleadas para el estudio y la caracterización de fenómenos que impactan en la calidad de las mediciones que se realizan para la búsqueda de materia oscura (medición del factor de Fano, determinación del fondo Compton y caracterización del fondo de alta energía en superficie) y que fueron llevados a cabo en el transcurso de este trabajo. En segundo lugar, se discute el estudio exhaustivo realizado sobre el origen de los eventos de 1 electrón en Skipper-CCDs el cual permitió seleccionar los parámetros de operación del detector y mejorar la sensibilidad de detección en la búsqueda de materia oscura. Se destaca la caracterización de la correlación espacial de eventos de 1 electrón con eventos de alta energía, entre otros criterios de selección de eventos desarrollados, y la optimización del dispositivo de salida para disminuir fuentes de luminiscencia durante su operación. Como resultado de este estudio se reportan los valores más bajos de corriente oscura y carga espuria jamás medidos en un CCD. Finalmente, se presentan los últimos resultados publicados desde SENSEI. Los límites obtenidos para la dispersión de un mediador liviano son los mejores reportados a la fecha en todo el rango de masas investigado mientras que para el mediador pesado, lo son para masas menores a 10 MeV. Mientras que, para la absorción de materia oscura, se reportan los límites más restringentes debajo de 10 eV. Estos resultados, logrados con una porción muy pequeña de la exposición total proyectada para SENSEI, colocaron a los SCCDs en una posición líder en la búsqueda de materia oscura liviana a nivel mundial.
Abstract:
Since their invention in 1969, Charge-Coupled Devices (CCDs) have played a key role in capturing high-quality images for both commercial and scientific purposes. In the early part of the last decade, they began to be used in the search for Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) as candidates for dark matter in the range from 1 to 10 GeV. However, it wasn’t until 2017, with the implementation of the Skipper technology, which allows for an accurate measurement of the collected charge by the detector, that they started to be used in the search for light dark matter. This manuscript summarizes the work carried out within the SENSEI (Sub-Electron-Noise Skipper-CCD Experimental Instrument) collaboration, an effort focused on the search for light dark matter using Skipper-CCDs. Firstly, it presents the data acquisition and processing protocol developed to establish a selection criteria for events compatible with the dark matter signal. This protocol also enabled the structure and tools used for the study and characterization of phenomena that impact the quality of measurements made in the search for dark matter (measurement of the Fano factor, determination of the Compton background, and characterization of the high-energy surface background), which were carried out during this work. Secondly, it discusses the comprehensive study conducted on the origin of single-electron events in Skipper-CCDs, which allowed for the selection of detector operating parameters and improved the detection sensitivity in the search for dark matter. It is highlighted the characterization of the spatial correlation between single-electron events and high-energy events, among other developed event selection criteria, and the optimization of the output device to reduce sources of luminescence during its operation. As a result of this study, the lowest levels of dark current and spurious charge ever measured in a CCD are reported. Finally, the latest published results from SENSEI are presented. The obtained limits for the scattering of a light mediator are the best reported to date across the entire investigated mass range, while for the heavy mediator, they are the best for masses below 10 MeV. In terms of dark matter absorption, the most restringent limits below 10 eV are reported. These results, achieved with only a very small fraction of the total projected exposure for SENSEI, position Skipper-CCDs as leaders in the search for light dark matter worldwide.
Citación:
---------- APA ----------
Cababie, Mariano Rubén. (2023). Origen y caracterización de eventos de un electrón en Skipper-CCDs para la búsqueda de materia oscura liviana. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7320_Cababie
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Cababie, Mariano Rubén. "Origen y caracterización de eventos de un electrón en Skipper-CCDs para la búsqueda de materia oscura liviana". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2023.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7320_Cababie
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