Studio dei muoni cosmici con l'esperimento XENONnT ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso

La materia ordinaria contribuisce per circa il 15% alla materia totale dell’Universo: la restante frazione è attribuita alla Materia Oscura, la quale interagisce solo gravitazionalmente e, secondo vari modelli, debolmente. Uno dei candidati per la Materia Oscura sono le WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), particelle le cui interazioni con la materia ordinaria sono caratterizzate da piccole sezioni d’urto. L’esperimento XENONnT ai laboratori del Gran Sasso è uno dei più sensibili al mondo per la ricerca diretta delle WIMP. Il suo obiettivo è la rivelazione dei segnali di luce e carica rilasciati dalla collisione delle WIMP con i nuclei di Xenon contenuti in una Dual-Phase Time Projection Chamber. Questo lavoro di tesi si concentra sul rumore di fondo provocato nel rivelatore dai raggi cosmici tramite lo studio degli eventi registrati dal sistema Muon Veto che rivelano il passaggio di un muone. In particolare si è approfondito il contributo dei segnali di AfterPulse (AP), i quali, a seconda dell’abbondanza con cui si manifestano, generano tre popolazioni di eventi muone di durata temporale crescente e occorrenze pari al 91.0%, 8.5%, 0.5% del totale. A seguito di un primo segnale corrispondente al passaggio del muone, nella prima popolazione si nota infatti un picco a 400 ns dovuto agli AP generati dall’H+. Nella seconda, si osserva un altro picco a 1900 ns provocato dall’He+ e nella terza due ulteriori picchi a 4700 e 6700 ns, il primo dovuto a ioni compresi tra O+, CH4+ , N2+, O2+, Ar+ e il secondo al CO2+. Si è individuato a 128 ns il tempo che discrimina in un evento gli hitlet generati dall’arrivo del muone da quelli provocati dagli AP, la cui area nelle tre popolazioni rappresenta l’8.6%, 8% e 14.9% del totale. Studiando la molteplicità con cui ogni fotomoltiplicatore partecipa agli AP, si osserva che alcuni di essi sono più predisposti a generare questo fenomeno, nonostante nessuno presenti comportamenti anomali, tali da escluderli dall’analisi dati.