Studio sperimentale e simulazione della formazione di tracce laser UV in Time Projection Chambers per l’esperimento T2K ND280

L’esperimento Tokai-to-Kamioka (T2K) ha completato nel 2024 l’upgrade del Near Detector ND280 con l’installazione di tre nuove tipologie di rivelatori, tra cui due camere a proiezione temporale (TPC). Le performance delle TPC sono state valutate tramite la raccolta di raggi cosmici e recentemente pub- blicate, tuttavia la mancanza di una informazione esterna sulla posizione delle particelle non le rende ottimali per lo studio di: (i) eventuali distorsioni di campo elettrico presenti nel volume attivo e (ii) bias intrinseci nei metodi empirici di ricostruzione spaziale e di perdita di energia per unit`a di lun- ghezza utilizzati per l’analisi dati. Per questa motivazione, una campagna di raccolta dati con una sorgente laser Nd:YAG `e in prepara- zione utilizzando una TPC con una struttura e un’elettronica di readout analoghe a quelle utilizzate nelle TPC installate all’interno di ND280. Il lavoro di tesi si inserisce in questo contesto e si articola in due principali punti. • La prima parte sviluppa un confronto tra le simulazioni di tracce dovute a particelle cariche e dovute ad una sorgente laser UV con un fascio gaussiano. In particolare, lo scopo riguarda la valutazione della quantit`a di ionizzazione prodotta e la diffusione degli elettroni lungo il drift. A questo fine viene introdotta una descrizione del fascio laser in termini di parametri ottici, come larghezza del fascio, divergenza e lunghezza di Rayleigh, e viene implementato un modello di ionizzazione multifotonica nella simulazione della TPC. Infatti, la riuscita dello studio tramite sorgente laser nella TPC `e dipendente dalla quantit`a di ionizzazione creata nel gas. • La seconda parte `e dedicata allo sviluppo di un metodo di caratterizzazione di un fascio laser e dell’ottica con cui esso si manipola, utilizzando una camera digitale CMOS per catturare il profilo di un fascio ottenuto tramite una particolare configurazione degli elementi ottici. Le immagini catturate dalla camera sono state analizzate e l’evoluzione spaziale del profilo del fascio laser `e stata valutata per verificarne la compatibilit`a con una descrizione gaussiana efficace e per stimare parametri utili alla futura generazione di tracce di ionizzazione laser nella TPC