Diseño y caracterización de la electrónica para el plano de energía del experimento NEXT

[ES] El experimento NEXT se encuentra entre los más importantes en la búsqueda de la desintegración doble beta sin neutrinos, lo cual despejaría una de las incógnitas más importantes de la física en los últimos años: ¿Es el neutrino su propia antipartícula? Para tratar de contestar esa cuestión, NEXT utiliza una TPC (Time Projection Chamber) con gas xenón enriquecido a alta presión, que cuenta con dos planos fotosensores. Uno de ellos está cubierto por PMTs (Photo Multiplier Tube) y se encarga de recoger la luz que se produce por el xenón cuando ocurre un evento, midiendo la energía de éste. El otro plano consiste en una matriz de SiPMs (Silicon PhotoMultipliers) que permite reconstruir de manera tridimensional la traza de dicho evento. El experimento NEXT marca la diferencia con otros experimentos que buscan la desintegración doble beta sin neutrinos gracias a la acción combinada de dichos planos que ofrece un gran rechazo a los eventos de fondo. Esta tesis doctoral tiene como objetivo el estudio y diseño de la electrónica involucrada en el plano de energía del detector NEXT-White desde los PMTs ubicados en el plano hasta las tarjetas de acondicionamiento (Front end electronics), incluyendo elementos tales como el cableado y las bases de polarización, en los cuales hay que cumplir severas medidas de radiopureza. Además de las soluciones de tipo electrónico también se han aportado soluciones a problemas técnicos de aspecto mecánico y térmico. Uno de los elementos más relevantes del sistema y en el cuál se centra principalmente esta tesis, es la tarjeta de front-end. En la descripción de su proceso de diseño se plantea como se superaron condicionantes como el acoplamiento AC y se alcanzaron las estrictas especificaciones de resolución energética, linealidad y la radiopureza. Además se presentará un algoritmo para restaurar la línea de base, así como la forma del pulso que permite una correcta interpretación de los datos por parte del sistema de adquisición. Para finalizar se habla de posibles mejoras para NEXT-100, la siguiente versión del experimento.

[CA] L'experiment NEXT es troba entre els més importants en la cerca de la desintegració doble beta sense neutrins, la qual cosa buidaria una de les incògnites més importants de la física dels últims anys: ¿És el neutrí la seua pròpia antipartícula? Per a tractar de contestar aquesta cuestió, NEXT utilitza una TPC (Time Projection Chamber) amb gas xenon enriquit a alta presió, que compta amb dos plans de fotosensors. Un d'ells està cobert per PMTs (Photo Multiplier Tube) i s'encarrega de recollir la llum que es produeix pel xenon quan ocorre un esdeveniment, mesurant la seua energia. L'altre pla consisteix en una matriu de SiPMs (Silicon PhotoMultipliers) que permet reconstruir de manera tridimensional la traça d'aquest esdeveniment. L'experiment NEXT marca la diferència amb altres experiments que busquen la desintegració doble beta sense neutrins gràcies a que l'acció combinada dels dos planols ofereix un gran rebuig als esdeveniments de fons. Aquesta tesi doctoral té com a objectiu l'estudi i disseny de l'electrònica involucrada al planol d'energia del detector NEXT-White desde els PMTs situats en el planol, fins a les targetes de condicionament (Front end electronics), incloent- hi altres elements com son el cablejat i les bases de polarització, en els quals cal complir severes mesures de ràdiopuresa. A més de les solucions de tipus electrònic s'han aportat solucions a problemes tècnics d'aspecte mecànic i tèrmic. Un dels elements més rellevants del sistema i en el qual es centra principalment aquesta tesi, és la targeta de front-end. En la descripció del seu procés de disseny es planteja com es varen superar condicionants com l'acoblament AC i s'assoliren les estrictes especificacions de resolució energètica, linealitat i la ràdiopuresa. A més es presenta un algoritme per a restaurar la línia de base així com la forma del pols que permet una correcta interpretació de les dades per part del sistema d'adquisició de dades. Per a finalitzar es parla de possibles millores per a NEXT-100, la següent versió de l'experiment.

[EN] The NEXT experiment is among the most important in the search for neutrinoless double beta decay, which would clear up one of the most important questions in physics in recent years: Is the neutrino its own antiparticle? To try to answer this question, NEXT uses a TPC (Time Projection Chamber) with high-pressure enriched xenon gas, in addition to two planes of photosensors. One of them is covered by PMTs (Photo Multiplier Tube) and is responsible for collecting the light produced by the xenon when an event occurs, measuring its energy. The other plane consists of an array of SiPMs (Silicon PhotoMultipliers) that allows a three-dimensional reconstruction of the trace of the event. The NEXT experiment differs from other experiments that search for neutrinoless double beta decay because of the high rejection of the background events due to the combined action of both photo-sensor planes. This doctoral thesis aims at studying and designing the electronics involved in the energy plane of the NEXT-White detector, starting from the PMTs located in the plane, up to the conditioning electronics cards (Front end electronics), including cabling and polarization bases, in which strict radiopurity specifications must be accomplished. In addition to purely electronic developments, other solutions have been proposed to solve mechanical and thermal problems. One of the most relevant elements of the system, and the main focus of this thesis, is the front-end electronics card. Along its design process description, solutions introduced to overcome system constraints such as AC coupling, and to accomplish strict energy resolution, linearity and radiopurity specifications will be explained. In addition, an algorithm has been developed to restore the baseline and the pulse shape for a correct interpretation of the data by the DAQ system. Finally, possible improvements for NEXT-100, the next version of the experiment, are discussed.