Estudio de la sensibilidad de un experimento de desintegración doble beta con detectores de ge de nueva generación

Resumen

El objetivo principal del trabajo presentado en esta memoria es realizar un estudio del potencial de diversas técnicas experimentales aplicables a un gran experimento de búsqueda de desintegración doble beta sin emisión de neutrinos utilizando detectores de germanio enriquecidos en 76Ge, para alcanzar una sensibilidad a la masa efectiva del neutrino del nivel que se pretende obtener con los experimentos de nueva generación dedicados a este tema. Como en todos los experimentos que tratan de identificar sucesos poco probables, minimizar el fondo que enmascara la señal buscada es un requisito esencial en los experimentos que investigan la desintegración doble beta. En este trabajo se ha tratado en concreto de cuantificar el poder de rechazo de fondo de diversas técnicas basadas fundamentalmente en el uso de detectores segmentados (i.e., con varios electrodos de lectura de las señales en un único cristal), evaluando también las posibles pérdidas de eficiencia en la detección de la señal. El estudio se ha realizado combinando simulaciones por Monte Carlo con rutinas específicas de generación de señales eléctricas e interpretación y análisis de los datos obtenidos, prestando especial atención a la definición del sistema de detección en cuanto a su geometría y composición para realizar dichas simulaciones, intentando implementar un montaje lo más parecido posible al que se pueda construir realmente. En cuanto a las rutinas de análisis e interpretación de los pulsos se han desarrollado pensando en su validez para sucesos reales, lo que implica que la generación de las señales producidas a partir de los sucesos simulados debe ser lo más precisa posible. Durante muchos años los experimentos con detectores de Ge (IGEX y Heidelberg-Moscow) han proporcionado las cotas más restrictivas a la mesa efectiva del neutrino; incluso una parte de la colaboración Heidelberg-Moscow ha presentado una posible evidencia del proceso de desintegración doble beta sin emisión de neutrinos en 76Ge. Por todo ello, el estudio de procesos doble beta con germanio enriquecido continúa con nuevos proyectos. Los nuevos experimentos (GERDA y MAJORANA) han propuesto el uso de cristales desnudos con la finalidad de reducir los componentes localizados en las proximidades del detector y que pueden aumentar el fondo radiactivo presente en el dispositivo experimental, así como la utilización de detectores segmentados. A lo largo de todo este trabajo se han definido detectores de germanio en criostatos independientes (como se utilizaron en experimentos ya realizados como IGEX o Heidelberg-Moscow) y los mecanismos de reducción de fondo considerados se han centrado principalmente en la segmentación de los cristales para la posterior aplicación de técnicas de anticoincidencias y en el análisis de las señales obtenidas con estos detectores. La ventaja, en el caso de que se puedan alcanzar los niveles requeridos de sensibilidad, es que a excepción de la segmentación de los detectores el dispositivo experimental está basado técnicas contrastadas y fiables, lo que puede beneficiar enormemente la construcción y posterior operación del experimento. La memoria se ha estructurado en tres bloques: el primero sirve de introducción al tema, en el segundo se presenta el estudio llevado a cabo para caracterizar el sistema de detección y en el tercero se describen los métodos de análisis desarrollados y los resultados obtenidos.