K+ Signatures in the ProtoDUNE-SP detector at CERN

Los neutrinos son la segunda partícula más abundante del universo, y aún así la menos entendida. El descubrimiento de sus oscilaciones de sabor ha demostrado que son partículas masivas, en contradicción con la descripción del Modelo Estándar de Física de Partículas. Durante los últimos veinte años más de una decena de experimentos han intentado caracterizar el fenómeno de las oscilaciones usando neutrinos generados en reactores nucleares, en la atmósfera, en el sol y en aceleradores de partículas, pero el conocimiento de algunos de los parámetros que las describen es todavía limitado. Este es el caso de la fase compleja de violación de la simetría CP, un parámetro que podría estar íntimamente relacionado con el origen del universo. Por este motivo se ha propuesto el experimento DUNE, un nuevo experimento enfocado al estudio de los neutrinos que se está construyendo actualmente en Estados Unidos. Dicho experimento contará con el haz de neutrinos más intenso jamás generado, que será caracterizado en dos detectores distintos para obtener información sobre los parámetros de las oscilaciones. Particularmente, el detector lejano estará localizado en SURF, a 1.5 kilómetros bajo tierra, y estará formado por cuatro cámaras de proyección temporal de argón líquido con sistemas de fotodetección complementarios basados en la tecnología X-ARAPUCA. Este tipo de detector ofrece un amplio abanico de potenciales estudios físicos a parte de las oscilaciones de neutrinos, como es el caso de la búsqueda de la desintegración del protón. Antes de la instalación de DUNE, se ha desarrollado el programa ProtoDUNE en el CERN, en el cual la tencología LArTPC se está estudiando usando los detectores de este tipo más grandes construidos hasta la fecha. En este trabajo hemos explorado las capacidades de ProtoDUNE-SP para identificar kaones de baja energía mediante el uso de su información calorimétrica, lo cual es una de las claves para la viabilidad de la búsqueda de la desintegración del protón en DUNE. Se ha obtenido una población de 1200 kaones con una pureza del 50%, demostrando dichas capacidades, y permitiendo un estudio detallado de su pérdida de energía por unidad de longitud. Se ha podido observar en dicho estudio que la simulación subestima la pérdida de energía para kaones de bajo momento. Este resultado puede usarse ahora para corregir las simulaciones y para mejorar los estudios de sensbilidad de DUNE para la búsqueda de la desintegración del protón. Adicionalmente, en este trabajo también se presentan los resultados de la selección del modelo de fotomultiplicador a usar en el sistema de fotodetección de DUNE. Dos fabricantes distintos, HPK y FBK, fabricaron modelos específicos acorde a los requisitos físicos de DUNE, que han sido testeados en condiciones de criogenia. Se ha observado una preferencia hacia los modelos con un mayor tamaño del celda y una mayor resistencia de extinción, así como un mejor funcionamiento de los modelos de HPK frente a los de FBK